【技术实现步骤摘要】
10T全局快门像素单元及其信号采集方法和制造方法
本专利技术涉及图像传感器领域,特别涉及一种全局快门像素单元及其信号采集方法和制造方法。
技术介绍
如今,CMOS传感器获得因其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素单元尺寸被广泛用作成像设备。CMOS图像传感器通常采用两种曝光方式:滚动曝光(Rolling Shutter)和全局曝光(Global Shutter)。传统的4T像素单元像元通常属于滚动曝光像元(Rolling Shutter Pixel),对于其组成的CMOS图像传感器的像素单元阵列来说,不同行(列)的像素单元的曝光时间并不同时开始或终止,这一非同时性对于普通成像设备应用来说没有问题,但是对于高帧率拍摄图像时,则会引起明显的图像失真与变形。因此,当进行高速运动物体的成像时,需要通过全局快门的像素单元来实现。 图1显示了现有技术的8T全局快门像素单元的电路图。如图所示,整个像素单元包括8个NM0S晶体管,分别为传输晶体管Ml、复位晶体管M2、第一源跟随器M3、预充电晶体管M4、开关晶体管M5、开关晶体管M6、第二源跟随器M7以及行选通管M8。像素单元还包括两个M0S电容C1和C2。控制信号TX、RST、PC、S1、S2、RS分别控制传输晶体管Ml、复位管M2、预充电管M4、开关晶体管M5、M6和行选通管M8的打开和关闭。8T全局快门像素单元的工作原理如下: 首先将控制信号TX/RST同时置高,使得传输晶体管Ml、复位晶体管M2同时打开,此时,电源电压VDD对感光二极管进行充电复位,同时悬浮节点FD(即第一晶 ...
【技术保护点】
一种全局快门像素单元,其特征在于,包括:感光二极管,用于将接收的光信号转换为电信号;信号读取电路,与所述感光二极管相连,用于先后读取所述全局快门像素单元的复位信号以及感光二极管信号;信号保持电路,与所述信号读取电路相连,其包括并联的第一和第二保持电路,用于分别采样并保持所述复位信号和所述感光二极管信号,每一所述保持电路包括存储结构和串联的第一开关管和第二开关管,所述第一开关管连接所述信号读取电路的输出端,所述存储结构一端连接于所述第一开关管和第二开关管之间,另一端接地;信号输出电路,与所述信号保持电路相连,用于依次采样并输出所述复位信号及所述感光二极管信号,其中所述复位信号与所述感光二极管信号之差表征所述全局快门像素单元的信号;其中,每一所述保持电路中,所述存储结构包括位于所述第一开关管的栅氧化层之下的N型重掺杂区及其下方的P型重掺杂区,所述N型重掺杂区和P型重掺杂区形成PN结电容,所述N型重掺杂区和其上方的所述第一开关管的栅氧化层及多晶硅层形成与所述PN结电容并联的MOS电容;所述第一保持电路中,所述N型重掺杂区与所述第一开关管的漏区相连;所述第二保持电路中,所述N型重掺杂区与所述第 ...
【技术特征摘要】
1.一种全局快门像素单元,其特征在于,包括: 感光二极管,用于将接收的光信号转换为电信号; 信号读取电路,与所述感光二极管相连,用于先后读取所述全局快门像素单元的复位信号以及感光二极管信号; 信号保持电路,与所述信号读取电路相连,其包括并联的第一和第二保持电路,用于分别采样并保持所述复位信号和所述感光二极管信号,每一所述保持电路包括存储结构和串联的第一开关管和第二开关管,所述第一开关管连接所述信号读取电路的输出端,所述存储结构一端连接于所述第一开关管和第二开关管之间,另一端接地; 信号输出电路,与所述信号保持电路相连,用于依次采样并输出所述复位信号及所述感光二极管信号,其中所述复位信号与所述感光二极管信号之差表征所述全局快门像素单兀的信号; 其中,每一所述保持电路中,所述存储结构包括位于所述第一开关管的栅氧化层之下的N型重掺杂区及其下方的P型重掺杂区,所述N型重掺杂区和P型重掺杂区形成PN结电容,所述N型重掺杂区和其上方的所述第一开关管的栅氧化层及多晶硅层形成与所述PN结电容并联的MOS电容;所述第一保持电路中,所述N型重掺杂区与所述第一开关管的漏区相连;所述第二保持电路中,所述N型重掺杂区与所述第一开关管的源区相连。2.根据权利要求1所述的全局快门像素单元,其特征在于,所述第一保持电路中,所述第二开关管的源区与所述N型重掺杂区相连;所述第二保持电路中,所述第二开关管的漏区与所述N型重掺杂区相连。3.根据权利要求1或2所述的全局快门像素单元,所述信号读取电路包括传输管、悬浮节点、复位管、第一源跟随器和预充电管,所述传输管的漏极、所述第一源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点;所述预充电管的漏极与所述第一源跟随器的源极、所述信号保持电路的输入端相连、源极接地;所述复位管的漏极接复位电压,所述第一源跟随器的漏极接电源电压。4.根据权利要求3所述的全局快门像素单元,其特征在于,所述信号输出电路包括第二源跟随器及行选通管,所述第二源跟随器的栅极连接所述信号保持电路的输出端、漏极连接电源电压、源极连接所述行选通管的源极;所述行选通管的栅极连接行选通信号,漏极作为所述全局快门像素单元的输出端。5.根据权利要求4所述的全局快门像素单元,其特征在于,所述行选通管的漏极连接一第一尾电流,同时还通过一控制开关连接一第二尾电流。6.一种如权利要求1所述的全局快门像素单元的信号采集方法,其特征在于,包括: 步骤S1:通过所述信号读取电路读取所述复位信号; 步骤S2:将所述复位信号保持于所述第一保持电路的存储结构中; 步骤S3:通过所述信号读取电路读取所述感光二极管信号; 步骤S4:将所述感光二极管信号保持于所述第二保持电路的存储结构中; 步骤S5:通过所述信号输出电路依次输出所述两个保持电路中所保持的信号。7.根据权利要求6所述的信号采集方法,其特征在于,所述信号读取电路包括传输管、悬浮节点、复位管、第一源跟随器和预充电管;所述传输管的漏极、所述第一源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点;所述预充电管的漏极与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵宇航,任铮,李琛,顾学强,周伟,温建新,
申请(专利权)人:上海集成电路研发中心有限公司,成都微光集电科技有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
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