图像传感器、成像像素和成像系统技术方案

本公开涉及图像传感器、成像像素和成像系统。要解决的一个技术问题是提供改进的图像传感器、成像像素和成像系统。所述图像传感器具有像素阵列，所述像素阵列包括一个阵列的像素，其中所述一个阵列的像素中的像素包括：浮动扩散区；耦接到所述浮动扩散区的光电二极管；耦接在所述光电二极管和所述浮动扩散区之间的电荷转移晶体管；以及包括反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p‑沟道增益晶体管和n‑沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。通过本实用新型专利技术，可以获得改进的图像传感器、成像像素和成像系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及包含具有有源复位的像素的固态图像传感器阵列。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括光敏区，所述光敏区接收入射光子(光)并将光子转变为电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图象专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。图像传感器可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压然后被提供给传感器的输出端子。在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，像素可被复位以便准备积累新的电荷。然而，使像素复位可能产生kTC复位噪声。因此，可能希望提供最大限度地降低像素kTC复位噪声的改善像素。
技术实现思路
本技术要解决的一个技术问题是提供改进的图像传感器、成像像素和成像系统。根据本技术的一个方面，提供了图像传感器。所述图像传感器具有像素阵列，所述像素阵列包括一个阵列的像素，其中所述一个阵列的像素中的像素包括：浮动扩散区；耦接到所述浮动扩散区的光电二极管；耦接在所述光电二极管和所述浮动扩散区之间的电荷转移晶体管；以及包括反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p-沟道增益晶体管和n-沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。在一个实施例中，其中所述像素还包括源极跟随器晶体管。在一个实施例中，其中所述源极跟随器晶体管被耦接到所述浮动扩散区。在一个实施例中，其中所述像素还包括像素寻址晶体管。在一个实施例中，其中所述像素为背侧照明像素。在一个实施例中，其中所述光电二极管形成于衬底中，所述像素还包括在所述衬底的背侧上形成的滤色器和微透镜。在一个实施例中，其中所述像素为前侧照明像素。在一个实施例中，其中所述光电二极管形成于衬底中，所述像素还包括在所述衬底的前侧上形成的滤色器和微透镜。在一个实施例中，其中所述有源复位电路被配置成将所述浮动扩散区复位到参考电压。在一个实施例中，其中所述反相放大器被配置成在所述浮动扩散区被复位到所述参考电压之后被关断。在一个实施例中，其中所述p-沟道增益晶体管被配置成在所述浮动扩散区被复位到所述参考电压之后放大来自所述浮动扩散区的信号。根据本技术的另一方面，提供了一种成像像素，所述成像像素包括：浮动扩散区；以及包括反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p-沟道增益晶体管和n-沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。在一个实施例中，其中所述有源复位电路被配置成将所述浮动扩散区复位到参考电压。在一个实施例中，其中所述p-沟道增益晶体管被配置成在所述浮动扩散区被复位到所述参考电压之后放大来自所述浮动扩散区的信号。在一个实施例中，其中所述像素还包括源极跟随器晶体管。在一个实施例中，其中所述源极跟随器晶体管被耦接到所述浮动扩散区。在一个实施例中，其中所述像素还包括像素寻址晶体管。根据本技术的又另一方面，提供了一种成像系统，所述成像系统包括：中央处理单元；存储器；镜头；输入-输出电路；以及成像设备，其中所述成像设备包括：一个阵列的像素，其中所述一个阵列的像素中的每个像素包括浮动扩散区和具有反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p-沟道增益晶体管和n-沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。在一个实施例中，其中所述一个阵列的像素中的每个像素包括源极跟随器晶体管。在一个实施例中，其中所述一个阵列的像素中的每个像素包括像素寻址晶体管。本技术的一个有益效果是提供了改进的图像传感器、成像像素和成像系统。附图说明图1为在全局快门传感器中使用的示例性像素的电路图。图2为示出在图1的像素中的浮动扩散节点的复位过程中生成kTC复位噪声的等效电路图。图3为根据本技术的实施例的具有全局快门能力和有源复位电路的像素的电路图。图4为根据本技术的实施例的示出在图3的像素中的浮动扩散节点的复位过程中生成kTC复位噪声的等效电路图。图5是根据本技术的实施例的系统的框图，该系统采用图3和图4的实施例。具体实施方式图像传感器可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压然后被提供给传感器的输出端子。在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，电荷到电压的转换直接在像素本身中完成，并且模拟像素电压通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟信号还可在到达芯片输出之前在芯片上被转换成数字等同物。像素可具有并入的缓冲放大器，通常为源极跟随器(SF)，该源极跟随器驱动用合适的寻址晶体管连接到像素的感测线。在电荷到电压的转换完成并且所得信号从像素被转移出去之后，像素被复位以便准备积累新的电荷。在使用浮动扩散(FD)作为电荷检测节点的像素中，复位通过导通复位晶体管来实现，该复位晶体管将FD节点导电性连接到电压参考，该电压参考通常为SF漏极节点。该步骤移除收集的电荷；然而，该步骤会生成kTC复位噪声。该kTC复位噪声可通过相关双采样(CDS)信号处理技术从信号移除，以便实现所需的低噪声性能。利用CDS概念的CMOS图像传感器可在像素中包括三个晶体管(3T)或四个晶体管(4T)，其中一个用作电荷转移(TX)晶体管。可以在若干光电二极管中共享像素电路晶体管中的一些，这也减小了像素尺寸。在设计成以全局快门(GS)模式操作的图像传感器中，可将第二存储二极管添加到像素中。在全局快门传感器中使用的具有存储二极管的像素的简化电路图100在图1中示出。具有存储二极管的像素的简化电路图100表示全局快门像素的简化示意图，该全局快门像素具有通过电荷转移晶体管105(Tx1)耦接到电荷存储钉扎二极管106(SD)的钉扎光电二极管107(PD)。可对于所有像素同时将入射光生成的电荷从传感器阵列中的光电二极管107全局转移到存储二极管106。然后通过经由电荷转移晶体管104(Tx2)将电荷转移到浮动扩散电荷检测节点101来以按顺序的方式逐行从二极管106读出电荷。转移的电荷导致该节点上的电位改变，并且该改变由源极跟随器晶体管102感测。SF晶体管102的源极经由寻址晶体管103(SX)连接到传感器阵列列感测线108，该传感器阵列列感测线将像素信号(Vout)递送到阵列周边以用于进一步处理。在电荷感测完成之后，FD节点101通过瞬时导通复位晶体管114(RS)而复位。然而，该类型的复位可导致该节点上生成kTC复位噪声。因此，可能必须使用CDS信号读出技术来使其对信号的有害影响最小化。CDS电荷检测方案由以下方式组成：在电荷转移之前读出节点101上的电位，然后在电荷转移之后再次读出节点101上的电位。然后通过位于阵列周边处的电路将这两个值彼此相减，从而产生没有kTC复位噪声的信号。可分别通过线110、111、112和113将像素控制信号(φRS、φSX、φtx1和φtx2)从对应驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，所述像素阵列包括一个阵列的像素，其特征在于：所述一个阵列的像素中的像素包括：浮动扩散区；耦接到所述浮动扩散区的光电二极管；耦接在所述光电二极管和所述浮动扩散区之间的电荷转移晶体管；以及包括反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p‑沟道增益晶体管和n‑沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。

【技术特征摘要】
2015.09.23 US 14/862,8301.一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，所述像素阵列包括一个阵列的像素，其特征在于：所述一个阵列的像素中的像素包括：浮动扩散区；耦接到所述浮动扩散区的光电二极管；耦接在所述光电二极管和所述浮动扩散区之间的电荷转移晶体管；以及包括反相放大器的有源复位电路，其中所述反相放大器包括p-沟道增益晶体管和n-沟道负载晶体管，并且其中所述有源复位电路还包括耦接在所述反相放大器的输出和所述浮动扩散区之间的复位晶体管。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述像素还包括源极跟随器晶体管。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述源极跟随器晶体管被耦接到所述浮动扩散区。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述像素还包括像素寻址晶体管。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述像素为背侧照明像素。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于：所述光电二极管形成于衬底中，所述像素还包括在所述衬底的背侧上形成的滤色器和微透镜。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述像素为前侧照明像素。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于：所述光电二极管形成于衬底中，所述像素还包括在所述衬底的前侧上形成的滤色器和微透镜。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述有源复位电路被配置成将所述浮动扩散区复位到参考电压。10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于：所述反相放大器被配置成在所述浮动扩散区被复位到所述参考电压之后被关断。11.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·希内塞克，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US