像素单元、图像传感器及提升像素单元中复位电平的方法技术

本申请案涉及像素单元、图像传感器及用于提升像素单元中的复位电平的方法。在复位操作期间通过将像素单元的复位晶体管切换为ON以将浮动扩散件充电到第一复位电平来提升像素单元中的复位电平。在所述浮动扩散件复位操作期间将选择晶体管从OFF切换到ON以使放大器晶体管的输出终端放电。在已响应于将所述选择晶体管切换为ON而使所述放大器晶体管的所述输出终端放电之后将所述复位晶体管切换到OFF。在经放电之后所述放大器晶体管的输出终端充电到静态电平。耦合到所述放大器晶体管的输入终端的所述浮动扩散件跟随所述放大器晶体管的输出终端跨越耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容以提升所述浮动扩散件的复位电平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器。更特定来说，本专利技术的实施例涉及具有浮动扩散件的像素。
技术介绍
图像传感器已经变得无处不在。它们广泛使用于数字照相机、蜂窝式电话、安全摄像机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器的技术，且更特定来说，用以制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已经快速地持续发展。举例来说，对更高分辨率及更低电力消耗的需求已经促进这些图像传感器的进一步微型化及集成。在常规的CMOS有源像素单元中，图像电荷从光敏装置(举例来说，光电二极管)转移且被转换成浮动扩散件节点上的像素单元内的电压信号。针对每一曝光在将图像电荷从光敏装置转移到浮动扩散件之前将每一像素单元的浮动扩散件复位到复位电平。一般来说，浮动扩散件中的更高复位电平有助于在浮动扩散件中容纳更大满阱容量(FWC)，此有助于提供改进性能及图像质量。另外，应了解，更高浮动扩散件复位电平还可改进像素单元的图像滞后性能。用以增加浮动扩散件中的复位电平的已知解决方案是添加额外电路到像素单元，这因此导致额外成本且消耗宝贵的芯片有效面积。
技术实现思路
一方面，本申请案提供一种用于提升像素单元中的复位电平的方法，其包括：在浮动扩散件的复位操作期间将耦合于所述像素单元的复位电压与所述浮动扩散件之间的复位晶体管切换为ON以将所述浮动扩散件充电到第一复位电平，其中所述浮动扩散件耦合到放大器晶体管的输入终端；在所述浮动扩散件复位操作期间将耦合于所述放大器晶体管的输出终端与所述像素单元的输出位线之间的选择晶体管从OFF切换到ON以初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电；以及在所述浮动扩散件复位操作期间在已响应于所述选择晶体管的所述切换为ON初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电之后将所述复位晶体管切换成OFF，其中在所述浮动扩散件的所述复位操作期间在响应于所述选择晶体管的所述切换为ON经初始放电之后所述放大器晶体管的所述输出终端充电到静态电平，以及其中随着所述放大器晶体管的所述输出终端充电到所述静态电平，耦合到所述放大器晶体管的所述输入终端的所述浮动扩散件跟随所述放大器晶体管的所述输出终端跨越耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容以将所述浮动扩散件的所述复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电平。另一方面，本申请案提供一种像素单元，其包括：光电二极管，其经耦合在集成期间响应于入射光而光生电荷；转移晶体管，其耦合到所述光电二极管以从所述光电二极管转移所述电荷；浮动扩散件，其耦合到所述转移晶体管以接收从所述光电二极管转移的所述电荷；复位晶体管，其耦合于复位电压与所述浮动扩散件之间以在浮动扩散件复位操作期间将所述浮动扩散件中的所述电荷复位到第一复位电平；放大器晶体管，其具有耦合到所述浮动扩散件的输入终端以响应于所述浮动扩散件中的所述电荷在所述放大器晶体管的输出终端处产生放大信号，其中所述放大器晶体管包含耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容；以及选择晶体管，其耦合于所述放大器晶体管的所述输出终端与所述像素单元的输出位线之间，其中在所述复位晶体管经耦合以切换到OFF之前在所述浮动扩散件复位操作期间所述选择晶体管经耦合以从OFF切换到ON以经过所述放大器电容将所述浮动扩散件的复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电平。另一方面，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素单元阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其经耦合以在集成期间响应于入射光而光生电荷；转移晶体管，其耦合到所述光电二极管以从所述光电二极管转移所述电荷；浮动扩散件，其耦合到所述转移晶体管以接收从所述光电二极管转移的所述电荷；复位晶体管，其耦合于复位电压与所述浮动扩散件之间以在浮动扩散件复位操作期间将所述浮动扩散件中的所述电荷复位到第一复位电平；放大器晶体管，其具有耦合到所述浮动扩散件的输入终端以响应于所述浮动扩散件中的所述电荷在所述放大器晶体管的输出终端处产生放大信号，其中所述放大器晶体管包含耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容；以及选择晶体管，其耦合于所述放大器晶体管的所述输出终端与所述像素单元的输出位线之间，其中所述选择晶体管经耦合以在所述复位晶体管经耦合以切换到OFF之前在所述浮动扩散件复位操作期间从OFF切换到ON以经过所述放大器电容将所述浮动扩散件的复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电平；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出图像数据。附图说明参考以下图式描述本专利技术的非限制及非详尽实施例，其中相似的元件符号指代贯穿各种视图的相似部件，除非另有说明。图1展示根据本专利技术的教示的包含具有提升的复位电平的浮动扩散件的像素单元的一个实例示意图。图2展示根据本专利技术的教示的实例像素单元的实例时序图，其中浮动扩散件复位电平未被提升。图3展示根据本专利技术的教示的实例像素单元的实例时序图，其中浮动扩散件复位电平被提升。图4展示根据本专利技术的教示的说明各种时间处的实例像素单元中的电荷电平的实例图，其中浮动扩散件复位电平被提升。图5为根据本专利技术的教示的说明包含像素单元阵列的成像系统的框图。对应的参考字符指示贯穿诸图中若干视图的对应组件。所属领域的技术人员应了解，为了简单且清楚的目的说明图中的元件，且并不一定按比例绘制元件。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件而被夸大以帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解。并且，为了促进本专利技术的这些多种实施例的更少妨碍观点，通常不描绘在商业可行的实施例中有用或必要的常见但好理解的元件。具体实施方式揭示用于实施其中浮动扩散件复位电平被提升的实例像素单元的方法及设备。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对本专利技术的详尽理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可无需使用所述特定细节中的一或多者而实践本文中描述的技术或使用其它方法、组件、材料等等而实践本文中描述的技术。在其它情况中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使本专利技术模糊。贯穿此说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中特定的特征、结构或特性可以任何合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提升像素单元中的复位电平的方法，其包括：在浮动扩散件的复位操作期间将耦合于所述像素单元的复位电压与所述浮动扩散件之间的复位晶体管切换为ON以将所述浮动扩散件充电到第一复位电平，其中所述浮动扩散件耦合到放大器晶体管的输入终端；在所述浮动扩散件复位操作期间将耦合于所述放大器晶体管的输出终端与所述像素单元的输出位线之间的选择晶体管从OFF切换到ON以初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电；以及在所述浮动扩散件复位操作期间在已响应于所述选择晶体管的所述切换为ON初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电之后将所述复位晶体管切换成OFF，其中在所述浮动扩散件的所述复位操作期间在响应于所述选择晶体管的所述切换为ON经初始放电之后所述放大器晶体管的所述输出终端充电到静态电平，以及其中随着所述放大器晶体管的所述输出终端充电到所述静态电平，耦合到所述放大器晶体管的所述输入终端的所述浮动扩散件跟随所述放大器晶体管的所述输出终端跨越耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容以将所述浮动扩散件的所述复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电平。

【技术特征摘要】
2014.12.03 US 14/559,7331.一种用于提升像素单元中的复位电平的方法，其包括：
在浮动扩散件的复位操作期间将耦合于所述像素单元的复位电压与所述浮动扩
散件之间的复位晶体管切换为ON以将所述浮动扩散件充电到第一复位电平，其中
所述浮动扩散件耦合到放大器晶体管的输入终端；
在所述浮动扩散件复位操作期间将耦合于所述放大器晶体管的输出终端与所述
像素单元的输出位线之间的选择晶体管从OFF切换到ON以初始地使所述放大器
晶体管的所述输出终端放电；以及
在所述浮动扩散件复位操作期间在已响应于所述选择晶体管的所述切换为ON
初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电之后将所述复位晶体管切换成
OFF，
其中在所述浮动扩散件的所述复位操作期间在响应于所述选择晶体管的所述切
换为ON经初始放电之后所述放大器晶体管的所述输出终端充电到静态电平，以及
其中随着所述放大器晶体管的所述输出终端充电到所述静态电平，耦合到所述放
大器晶体管的所述输入终端的所述浮动扩散件跟随所述放大器晶体管的所述输出
终端跨越耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器
电容以将所述浮动扩散件的所述复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电
平。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将所述选择晶体管切换到ON之前
将所述选择晶体管的所述输出终端放电到参考电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述将所述选择晶体管的所述输出终端放电到所
述参考电压包括：使用经过耦合到所述像素单元的输出位线耦合到所述选择晶体管
的所述输出终端的电流源极将所述选择晶体管的所述输出终端放电到接地。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述选择晶体管从OFF到ON的所述切换
之前跨越所述放大器电容的所述放大器晶体管的所述输入终端与所述放大器晶体
管的所述输出终端之间的电压差实质上等于所述放大器晶体管的阈值电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述放大器晶体管为源极跟随器耦合晶体管。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述放大器电容为所述放大器晶体管的栅源电
容。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述浮动扩散件包含耦合到放大器晶体管的所述
输入终端的浮动扩散件电容。
8.一种像素单元，其包括：
光电二极管，其经耦合在集成期间响应于入射光而光生电荷；
转移晶体管，其耦合到所述光电二极管以从所述光电二极管转移所述电荷；
浮动扩散件，其耦合到所述转移晶体管以接收从所述光电二极管转移的所述电
荷；
复位晶体管，其耦合于复位电压与所述浮动扩散件之间以在浮动扩散件复位操作
期间将所述浮动扩散件中的所述电荷复位到第一复位电平；
放大器晶体管，其具有耦合到所述浮动扩散件的输入终端以响应于所述浮动扩散
件中的所述电荷在所述放大器晶体管的输出终端处产生放大信号，其中所述放大器
晶体管包含耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大
器电容；以及
选择晶体管，其耦合于所述放大器晶体管的所述输出终端与所述像素单元的输出
位线之间，其中在所述复位晶体管经耦合以切换到OFF之前在所述浮动扩散件复
位操作期间所述选择晶体管经耦合以从OFF切换到ON以经过所述放大器电容将
所述浮动扩散件的复位电平从所述第一复位电平提升到第二复位电平。
9.根据权利要求8所述的像素单元，其中所述放大器晶体管包括源极跟随器耦合晶体
管，其中所述放大器电容包括耦合于所述源极跟随器耦合晶体管的栅极终端与源极
终端之间的所述源极跟随器耦合晶体管的栅源电容。
10.根据权利要求9所述的像素单元，其中源极电容耦合到所述源极跟随器耦合晶体管
的所述源极终端。
11.根据权利要求8所述的像素单元，其中电流源耦合到所述输出位线，其中所述电流
源经耦合以在所述选择晶体管从OFF切换到ON之前经过所述输出位线使所述选
择晶体管的所述输出终端放电。
12.根据权利要求11所述的像素单元，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晴飞，杜利·毛，骆菡蕾，单庆伟，
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