集成电路图像传感器以及在其中操作的方法技术
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及电子图像传感器领域，并且更具体地涉及用于在这样的图像传感器中使用的采样架构。
技术介绍
诸如CMOS或者CCD传感器之类的数字图像传感器包括多个光敏元件(“光传感器”)，每个光敏元件被配置为将在光传感器上入射的光子(“捕获的光”)转换成电荷。电荷然后可以被转换成表示每个光传感器捕获的光的图像数据。图像数据包括捕获的光的数字表示，并且可以被操纵或者处理以产生有能力在查看设备上显示的数字图像。图像传感器被实施在具有物理表面的集成电路(“IC”)中，该物理表面可以被划分成配置为将光转换成电信号(电荷、电压、电流等)的多个像素区域(例如一个或者多个光传感器和附带控制电路)。为了方便，在图像传感器内的像素区域还可以称为图像像素(“IP”)，并且像素区域或者图像像素的聚合将称为图像传感器区域。图像传感器IC通常还将包括在图像传感器区域以外的区域，例如某些类型的控制、采样或者接口电路。多数CMOS图像传感器包含用于将像素电信号转换成数字...
【技术保护点】
一种集成电路图像传感器，包括：光敏元件，用于响应于入射光累加电荷；以及读出电路，用于确定在所述光敏元件内累加的电荷是否超过第一门限，并且在累加的所述电荷超过所述第一门限时用于(i)生成表示累加的所述电荷的多位数字值并且(ii)将所述光敏元件重置成标称放电状态预备进一步电荷累加。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.05 US 61/710,621;2012.12.29 US 61/747,2861.一种集成电路图像传感器，包括：
光敏元件，用于响应于入射光累加电荷；以及
读出电路，用于确定在所述光敏元件内累加的电荷是否超过第
一门限，并且在累加的所述电荷超过所述第一门限时用于(i)生成
表示累加的所述电荷的多位数字值并且(ii)将所述光敏元件重置成
标称放电状态预备进一步电荷累加。
2.根据权利要求1所述的集成电路图像传感器，其中所述读出
电路包括：
读出节点；以及
控制电路，用于(i)使超过所述第一门限的电荷能够从所述光
敏元件传送到所述读出节点，(ii)在实现超过所述第一门限的电荷
的所述传送之后感测所述读出节点的电荷电平，(iii)基于感测的
所述读出节点的所述电荷电平，确定在所述光敏元件内累加的所述
电荷是否超过所述第一门限，以及(iv)响应于确定在所述光敏元件
内累加的所述电荷超过所述第一门限来使超过所述标称放电状态的
电荷能够从所述光敏元件传送到所述读出节点。
3.根据权利要求2所述的集成电路图像传感器，其中所述控制
电路包括：
电荷传送切换元件，耦合在所述光敏元件与所述读出节点之间；
以及
开关控制电路，用于向所述电荷传送切换元件施加第一控制信
号以使超过所述第一门限的所述电荷能够从所述光敏元件传送到所
述读出节点并且向所述电荷传送切换元件施加第二控制信号以使超
过所述标称放电状态的所述电荷能够从所述光敏元件传送到所述读
出节点。
4.根据权利要求3所述的集成电路图像传感器，其中所述电荷
传送切换元件包括控制端子，所述控制端子被耦合为在相应时间接
\t收所述第一和第二控制信号并且实现在所述光敏元件与所述读出节
点之间的电荷传导沟道，所述电荷传导沟道响应于所述第一控制信
号而具有第一静电电势和响应于所述第二控制信号而具有第二静电
电势，所述第二静电电势大于所述第一静电电势。
5.根据权利要求2所述的集成电路图像传感器，其中所述读出
电路包括模数转换器，所述模数转换器用于生成在所述控制电路使
超过所述标称放电状态的电荷能够从所述光敏元件传送到所述读出
节点之后感测的所述读出节点的所述电荷电平的数字表示，作为所
述多位数字值。
6.根据权利要求5所述的集成电路图像传感器，其中所述控制
电路包括重置电路，所述重置电路用于在所述控制电路确定在所述
光敏元件内累加的所述电荷超过所述第一门限并且已经感测所述读
出节点的所述电荷电平以实现生成所述多位数字值之后，将所述光
敏元件可切换地耦合到重置电压节点。
7.根据权利要求1所述的集成电路图像传感器，其中所述读出
电路包括：用于(i)从所述光敏元件向感测节点传送累加的所述电
荷以实现生成表示累加的所述电荷的读出信号并且用于(ii)在第一
控制信号指示所述读出信号未超过第一门限时向所述光敏元件传送
回累加的所述电荷的电路。
8.根据权利要求7所述的集成电路图像传感器，其中所述读出
电路包括用于在所述第一控制信号指示所述读出超过所述第一门限
时将所述感测节点可切换地耦合到电压源节点以重置所述感测节点
的第一切换元件。
9.根据权利要求7所述的集成电路图像传感器，其中所述读出
电路包括在所述光敏元件与所述感测节点之间设置的第一晶体管、
以及控制电路，所述控制电路用于(i)在所述第一晶体管的控制端
子上确立第一脉冲以从所述光敏元件向所述感测节点传送累加的所
述电荷并且(ii)在所述第一晶体管的所述控制端子上确立第二脉冲
以向所述光敏元件传送回累加的所述电荷。
10.根据权利要求9所述的集成电路图像传感器，其中用于在
所述第一晶体管的所述控制端子上确立所述第一和第二脉冲的电路
包括第二晶体管和在所述第一晶体管的所述控制端子上确立所述第
一脉冲之前将所述第二晶体管的控制端子暂时地耦合到第一电压供
应节点以对所述感测节点进行预充电的电路。
11.根据权利要求10所述的集成电路图像传感器，其中将所述
第二晶体管的所述控制端子暂时地耦合到所述第一电压供应节点的
电路包括用于通过将所述第二晶体管的所述控制端子暂时地耦合到
第二电压供应节点以从所述感测节点驱除电荷来向所述光敏元件传
送回累加的所述电荷的电路。
12.根据权利要求7所述的集成电路图像传感器，其中所述读
出电路包括电容地耦合到所述感测节点的放大器，所述放大器用于
生成与向所述感测节点传送的累加的所述电荷对应的、经由电容耦
合从所述感测节点接收的信号的放大表示，作为表示累加的所述电
荷的所述读出信号。
13.一种在集成电路图像传感器内操作的方法，所述方法包括：
在光敏元件内响应于入射光累加电荷；以及
确定在所述光敏元件内累加的电荷是否超过第一门限；以及
在累加的所述电荷超过所述第一门限时：
生成表示累加的所述电荷的多位数字值，并且
将所述光敏元件重置成标称放电状态预备进一步电荷累
加。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定在所述光敏元件内
累加的电荷是否超过第一门限包括：
使超过所述第一门限的电荷能够从所述光敏元件传送到读出节
点；
在实现超过所述第一门限的电荷的所述传送之后感测所述读出
节点的电荷电平；以及
基于感测的所述读出节点的所述电荷电平，确定在所述光敏元
\t件内累加的所述电荷是否超过所述第一门限。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在累加的所述电荷超过
所述第一门限时生成表示累加的所述电荷的多位数字值包括响应于
确定在所述光敏元件内累加的所述电荷超过所述第一门限来使超过
所述标称放电状态的电荷能够从所述光敏元件传送到所述读出节
点。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在使超过所述标称放
电状态的电荷能够传送到所述读出节点之后，向模数转换器输出与
所述读出节点的所述电荷电平对应的信号。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在确定在所述光敏元
件内累加的所述电荷超过所述第一门限之后和在向所述模数转换器
输出与所述读出节点的所述电荷电平对应的所述信号之后，将所述
光敏元件可切换地耦合到重置电压节点。
18.根据权利要求15所述的方法，其中使超过所述第一门限的
电荷能够从所述光敏元件传送到所述读出节点包括向在所述光敏元
件与所述读出节点之间耦合的电荷传送切换元件施加第一控制信
号，以及其中使超过所述标称放电状态的电荷能够从所述光敏元件
传送到所述读出节点包括向所述电荷传送切换元件施加第二控制信
号以使超过所述标称放电状态的所述电荷能够从所述光敏元件传送
到所述读出节点。
19.根据权利要求18所述的方法，其中向所述电荷传送切换元
件施加所述第一和第二控制信号包括在相应时间向所述电荷传送切
换元件的控制输入施加所述第一和第二控制信号，以在所述光敏元
件与所述读出节点之间实现分别具有第一静电电势和第二静电电势
的电荷传导沟道，所述第二静电电势大于所述第一静电电势。
20.根据权利要求13所述的方法，其中确定在所述光敏元件内
累加的所述电荷是否超过第一门限包括从所述光敏元件向感测节点
传送累加的所述电荷以实现生成表示累加的所述电荷的读出信号并
且确定所述读出信号是否超过第一门限，所述方法还包括在确定所
\t述读出信号未超过所述第一门限时向所述光敏元件传送回累加的所
述电荷。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括在确定所述读出信号
超过所述第一门限时将所述感测节点可切换地耦合到电压源以重置
所述感测节点。
22.根据权利要求20所述的方法，其中从所述光敏元件向所述
感测节点传送累加的所述电荷包括在信号线上生成第一脉冲，所述
信号线耦合到在所述光敏元件与所述感测节点之间设置的第一晶体
管的控制端子，以及其中向所述光敏元件传送回累加的所述电荷包
括在耦合到所述第一晶体管的所述控制端子的所述信号线上生成第
二脉冲。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括在耦合到所述第一晶
体管的所述控制端子的所述信号线上生成所述第一脉冲之前，将第
二晶体管的控制端子暂时地耦合到第一电压供应节点以对所述感测
节点进行预充电。
24.根据权利要求23所述的方法，其中向所述光敏元件传送回
累加的所述电荷包括将所述第二晶体管的所述控制端子暂时地耦合
到第二电压供应节点以从所述感测节点驱除电荷。
25.根据权利要求20所述的方法，还包括在从所述光敏元件向
所述感测节点传送累加的所述电荷之后生成表示累加的所述电荷的
读出信号，从而包括将表示累加的所述电荷的未放大的信号电容地
耦合到放大器的控制端子，所述放大器输出所述读出信号。
26.一种在集成电路图像传感器内操作的方法，所述方法包括：
通过在第一采样时间关于参考信号对光敏元件的状态进行采样
来生成重置状态采样；
通过关于相邻跟随重置状态采样对所述光敏元件的所述状态进
行采样来生成...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·沃吉尔桑，M·吉达什，薛松，J·E·哈里斯，
申请(专利权)人：拉姆伯斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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