用于飞行时间3D图像传感器的可编程电流源制造技术

本申请案涉及用于飞行时间3D图像传感器的可编程电流源。供与飞行时间像素单元一起使用的可编程电流源包含第一晶体管。通过所述第一晶体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压。电流控制电路耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流源的参考电流。取样及保持电路耦合到所述第一晶体管以在所述取样操作期间对所述第一晶体管的栅极-源极电压进行取样。所述取样及保持电路经耦合以在所述取样操作之后的保持操作期间保持所述栅极-源极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压。在所述保持操作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器。特定来说，本专利技术的实施例涉及三维图像传感器。
技术介绍
随着三维(3D)应用的普及性在例如成像、电影、游戏、计算机、用户接口及类似物等的应用中继续增长，对3D相机的兴趣正在增加。产生3D图像的典型无源方式为使用多个相机捕获立体图像或多个图像。使用立体图像，可将所述图像中的物体分成三角形以产生3D图像。此三角测量(triangulation)技术的一个缺点为难以使用小装置产生3D图像，这是因为在每一相机之间必须存在最小分隔距离以便产生三维图像。此外，此技术是复杂的且因此需要显著的计算机处理能力以便实时产生3D图像。对于需要实时获取3D图像的应用，有时利用基于光学飞行时间测量的有源深度成像系统。飞行时间系统通常采用：光源，其将光引导于物体处；传感器，其引导从所述物体反射的光；以及处理单元，其基于光行进到物体并从所述物体返回的往返时间来计算到所述物体的距离。在典型的飞行时间传感器中，由于从光检测区域到感测节点的高转移效率而经常使用光电二极管。将单独电路耦合到每一像素单元中的光电二极管以检测及测量从物体反射的光。然而，使用飞行时间系统获取3D图像的持续挑战为存在耦合到每一像素单元中的光电二极管的单独电路中的逐像素变动。举例来说，在跨越飞行时间传感器的像素单元电流镜输出之间存在归因于可能发生在所述传感器中的逐像素变动的大约5％的差是寻常的。电流镜输出的这些逐像素变动因此降低了飞行时间传感器的准确性及可靠性。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术申请案涉及一种用于与飞行时间像素单元一起使用的可编程电流源。用于与飞行时间像素单元一起使用的所述可编程电流源包括：第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压；电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源，其中所述电流控制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流源的参考电流；及取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路经耦合以在所述取样操作期间取样所述第一晶体管的栅极-源极电压，其中所述取样及保持电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极-源极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压，其中所述保持操作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流。在另一方面中，本申请案涉及一种飞行时间像素单元。所述飞行时间像素单元包括：光传感器，其用于感测从物体反射的光子；及像素支持电路，其包含：时序控制逻辑，其耦合到所述光传感器以检测所述光传感器何时感测到从所述物体反射的所述光子，其中所述时序控制逻辑进一步经耦合以接收表示光脉冲何时从光源发射到所述物体的时序信号，其中所述时序控制逻辑经耦合以产生表示所述飞行时间像素单元的飞行时间测量操作的飞行时间信号；可编程电流源，其耦合到所述时序控制逻辑以响应于经耦合以从所述时序控制逻辑接收的所述飞行时间信号而提供保持电流，其中所述可编程电流源包含：第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压；电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源，其中所述电流控制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流源的参考电流；及取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路在所述取样操作期间经耦合以取样所述第一晶体管的栅极-源极电压，其中所述取样及保持电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极-源极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压，其中所述保持操作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流；及飞行时间电容器，其耦合到所述电流控制电路以响应于所述飞行时间信号而由所述保持电流选择性地充电，其中所述飞行时间电容器上的电压表示到所述物体的往返距离。在另一方面中，本申请案涉及一种飞行时间感测系统。所述飞行时间感测系统包括：光源，其用于将光脉冲发射到物体；参考电流源，其具有参考电流；飞行时间像素阵列，其具有多个飞行时间像素单元，其中所述飞行时间像素单元中的每一者包括：光传感器，其用于感测从所述物体反射的光子；时序控制逻辑，其耦合到所述光传感器以检测所述光传感器何时感测到从所述物体反射的所述光子，其中所述时序控制逻辑进一步经耦合以接收表示光脉冲何时从所述光源发射到所述物体的时序信号，其中所述时序控制逻辑经耦合以产生表示所述飞行时间像素阵列的飞行时间测量操作的飞行时间信号；可编程电流源，其耦合到所述时序控制逻辑以响应于经耦合以从所述时序控制逻辑接收的所述飞行时间信号而提供保持电流，其中所述可编程电流源包含：第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压；电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到所述参考电流源，其中所述电流控制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流源的所述参考电流；及取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路经耦合以在所述取样操作期间取样所述第一晶体管的栅极-源极电压，其中所述取样及保持电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极-源极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压，其中所述保持操作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流；飞行时间电容器，其耦合到所述电流控制电路以响应于所述飞行时间信号而由所述保持电流选择性地充电，其中所述飞行时间电容器上的电压表示到所述物体的往返距离；控制电路，其耦合到所述光源且耦合到所述飞行时间像素阵列以使所述光脉冲的所述发射与从所述物体反射的所述光子的所述感测的时序同步。附图说明参考以下图式描述本专利技术的非限制性及非详尽实施例，其中除非另有指示否则相同参考数字在各种视图中指代相同部件。图1为展示根据本专利技术的教示的飞行时间感测系统的一个实例的框图。图2为展示根据本专利技术的教示的在像素裸片以堆叠芯片方案耦合到专用集成电路(ASIC)裸片的情况下实施的飞行时间感测系统的横截面的实例的框图。图3为说明根据本专利技术的教示的飞行时间像素的一个实例的示意图。图4为展示根据本专利技术的教示的经发射的光脉冲、由光传感器感测到的相应经反射光子、表示从物体反射的光子的飞行时间信号及积累在实例飞行时间像素中的电容器上的对应电压的时序图。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于与飞行时间像素单元一起使用的可编程电流源，其包括：第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极‑源极电压；电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源，其中所述电流控制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流源的参考电流；及取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路经耦合以在所述取样操作期间取样所述第一晶体管的栅极‑源极电压，其中所述取样及保持电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极‑源极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极‑源极电压，其中所述保持操作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流。

【技术特征摘要】
2014.08.20 US 14/464,4531.一种用于与飞行时间像素单元一起使用的可编程电流源，其包括：
第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶体管
的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压；
电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源，其中所述电流控
制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述参考电流
源的参考电流；及
取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路经耦合以
在所述取样操作期间取样所述第一晶体管的栅极-源极电压，其中所述取样及保持
电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极-源极电压实质上
等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压，其中所述保持操作期间通过所述第
一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流。
2.根据权利要求1所述的可编程电流源，其中所述取样及保持电路包括：
编程电容器，其耦合在所述第一晶体管的所述源极端子与所述栅极端子之间；及
开关，其耦合在所述第一晶体管的所述栅极端子与所述漏极端子之间，其中所述
开关在所述取样操作期间经耦合为接通，且在所述保持操作期间经耦合为断开。
3.根据权利要求1所述的可编程电流源，其进一步包括电流缓冲器电路，所述电流缓
冲器电路耦合到所述第一晶体管的所述漏极端子，其中通过所述第一晶体管的所述
电流通过所述电流缓冲器电路传导。
4.根据权利要求3所述的可编程电流源，其中所述电流缓冲器电路包括耦合到所述第
一晶体管的所述漏极端子的共源共栅耦合晶体管。
5.根据权利要求1所述的可编程电流源，其中所述电流控制电路进一步耦合到所述飞
行时间像素单元的飞行时间电容器，其中所述电流控制电路经耦合以在所述飞行时
间像素单元的飞行时间测量操作期间使用所述保持电流来选择性地给所述飞行时
间电容器充电。
6.根据权利要求1所述的可编程电流源，其中所述电流控制电路为多个电流控制电路
中的一者，其中所述多个电流控制电路中的每一者包含在多个可编程电流源中的相
应一者中，其中所述参考电流源为单个参考电流源，所述单个参考电流源经耦合以
在所述多个可编程电流源中的每一者的所述取样操作期间对所述多个电流源中的
每一者进行编程。
7.根据权利要求6所述的可编程电流源，其中所述多个电流源中的每一者包含在多个
飞行时间像素单元中的相应一者中。
8.一种飞行时间像素单元，其包括：
光传感器，其用于感测从物体反射的光子；及
像素支持电路，其包含：
时序控制逻辑，其耦合到所述光传感器以检测所述光传感器何时感测到从所述
物体反射的所述光子，其中所述时序控制逻辑进一步经耦合以接收表示光脉冲何
时从光源发射到所述物体的时序信号，其中所述时序控制逻辑经耦合以产生表示
所述飞行时间像素单元的飞行时间测量操作的飞行时间信号；
可编程电流源，其耦合到所述时序控制逻辑以响应于经耦合以从所述时序控制
逻辑接收的所述飞行时间信号而提供保持电流，其中所述可编程电流源包含：
第一晶体管，其具有栅极端子、源极端子及漏极端子，其中通过所述第一晶
体管的电流响应于所述第一晶体管的栅极-源极电压；
电流控制电路，其耦合到所述第一晶体管且耦合到参考电流源，其中所述电
流控制电路经耦合以在取样操作期间通过所述第一晶体管选择性地耦合所述
参考电流源的参考电流；及
取样及保持电路，其耦合到所述第一晶体管，其中所述取样及保持电路在所
述取样操作期间经耦合以取样所述第一晶体管的栅极-源极电压，其中所述取
样及保持电路经耦合以保持所述取样操作之后的保持操作期间的所述栅极-源
极电压实质上等于所述取样操作期间的所述栅极-源极电压，其中所述保持操
作期间通过所述第一晶体管的保持电流实质上等于所述参考电流；及
飞行时间电容器，其耦合到所述电流控制电路以响应于所述飞行时间信号而由
所述保持电流选择性地充电，其中所述飞行时间电容器上的电压表示到所述物体
的往返距离。
9.根据权利要求8所述的飞行时间像素单元，其中所述飞行时间信号经耦合以表示所
述光脉冲中的每一者从所述光源发射直到所述光传感器感测到从所述物体反射的
所述光子中的相应一者为止的所述飞行时间。
10.根据权利要求8所述的飞行时间像素单元，其中所述取样及保持电路包括：
编程电容器，其耦合在所述第一晶体管的所述源极端子与所述栅极端子之间；及
开关，其耦合在所述第一晶体管的所述栅极端子与所述漏极端子之间，其中所述
开关在所述取样操作期间经耦合为接通，且在所述保持操作期间经耦合为断开。
11.根据权利要求8所述的飞行时间像素单元，其中所述可编程电流源进一步包括电流
缓冲器电路，所述电流缓冲器电路耦合到所述第一晶体管的所述漏极端子，其中通
过所述第一晶体管的所述电流通过所述电流缓冲器电路传导。
12.根据权利要求11所述的飞行时间像素单元，其中所述电流缓冲器电路包括耦合到
所述第一晶体管的所述漏极端子的共源共栅耦合晶体管。
13.根据权利要求8所述的飞行时间像素单元，其中所述像素支持电路进一步包括放大
器，所述放大器耦合到所述飞行时间电容器以在所述飞行时间电容器响应于所述飞
行时间信号由所述可编程电流源充电之后读出所述飞行时间电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天佳，王睿，代铁军，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US