光感应像素电路与影像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种光感应像素电路与影像传感器。光感应像素电路包括光感应部位、传输晶体管、多个调整晶体管、输出电路、行控制晶体管以及控制单元。传输晶体管具有浮动节点，将光感应部位所产生的电子转换为电压信号。调整晶体管的第一端耦接至第一电源，第二端经由浮动节点耦接至传输晶体管。输出电路根据电压信号输出感应信号。感应信号对应所感应的光源的亮度。行控制晶体管将放大后电压信号传输至输出电路。调整晶体管包括至少两操作模式。在不同的操作模式下，调整晶体管被开启的数目不同。调整晶体管是串联耦接在第一端及第二端之间。控制单元根据感应信号对应的光亮度来调整调整晶体管被开启的数目。

【技术实现步骤摘要】
光感应像素电路与影像传感器本专利技术是一件分案申请，原申请的申请日为：2012年2月23日；原申请号为：201210042102.0；原专利技术创造名称为：光感测像素电路与影像感测器。
本专利技术涉及一种感应电路，尤其涉及一种光感应像素电路以及一种影像传感器。
技术介绍
一般而言，互补式金氧半导体影像传感器(CMOSimagesensor)通常制作于硅、砷化镓、碳化硅或硅锗基板上。为了进行影像感应，CMOS影像传感器通常包括光感应部位、信号转换电路及输出电路(outputcircuit)。光感应部位用以感应光源，并将所感应到的光信号传递至传输电路。接着，光信号再由信号转换电路转换为电信号，并将其传递至输出电路。在上述操作模式中，CMOS影像传感器的转换增益是由信号转换电路内部节点的等效电容值来决定。若光感应部位的最大储存量(fullwellcapacity，FWC)高于CMOS影像传感器的转换增益，光感应部位所产生的电子经由信号转换电路转换为电信号后，可能导致电信号输入至输出电路的电压过低，进而导致CMOS影像传感器的电路整体无法操作。或者，过低的电信号电压可能导致光感应部位所产生的电子无法在信号转换电路内部顺利地传输，进而导致影像延迟(imagelag)。此种情况发生时，一般是采取调降光感应部位的最大储存量的措施来解决此一问题。然而，由于CMOS影像传感器的动态范围与最大储存量及读取噪音(readnoise)有关，因此一旦调降光感应部位的最大储存量，在相同的读取噪音的条件下，为了得到信号转换电路内部信号的高灵敏度，势必需要牺牲动态范围。换句话说，现有高转换增益的CMOS影像传感器虽然具有高灵敏度的优点，但其信号范围过大时将限制后端电路的操作，除了无法得到大的动态范围以外，也容易造成影像延迟。另一种解决方式是设计转换增益较低的CMOS影像传感器。此种方式虽可满足光感应部位较高的最大储存量的需求并取得高动态范围，但是信号转换电路内部信号的灵敏度较低。若CMOS影像传感器操作在低亮度的环境时，需要以较高的增益进行调整，容易使得后方的电路导入额外的噪音，进而降低信噪比(signal-to-noiseratio，SNR)。换句话说，现有低转换增益的CMOS影像传感器虽然具有高动态范围，但在低亮度操作时需要较大的后端增益，将导致电路的信噪比下降。
技术实现思路
本专利技术提供一种光感应像素电路，采用此光感应像素电路的影像传感器可兼顾高灵敏度与高动态范围。本专利技术的光感应像素电路包括光感应部位、信号转换单元、转换增益调整单元、输出电路以及控制单元。光感应部位感应光源，并产生对应数量的电子。信号转换单元耦接至光感应部位。信号转换单元具有浮动节点(floatingnode)。信号转换单元根据转换增益(conversiongain)将所产生的电子转换为电压信号。信号转换单元包括行控制晶体管(rowselecttransistor)。行控制晶体管耦接至源极跟随器(sourcefollower)及输出电路。行控制晶体管将放大后电压信号传输至输出电路。输出电路经由源极跟随器及行控制晶体管耦接至传输晶体管(transfertransistor)。转换增益调整单元经由浮动节点耦接至信号转换单元，并调整转换增益。输出电路耦接至信号转换单元。输出电路根据电压信号输出感应信号。感应信号对应所感应的光源的亮度。转换增益调整单元包括至少两操作模式。两操作模式其中之一的转换增益大于其中的另一者。转换增益调整单元具有第一端及第二端，第一端耦接至第一电源，第二端耦接至浮动节点。转换增益调整单元包括多个调整晶体管。调整晶体管耦接在第一端及第二端之间。在不同的操作模式下，调整晶体管被开启的数目不同。信号转换单元的转换增益是根据调整晶体管被开启的数目来调整。控制单元耦接输出电路。控制单元根据感应信号所对应的光源亮度来调整调整晶体管被开启的数目。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管被开启的数目愈多，信号转换单元的转换增益愈低。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管全部被开启时，第一电源重置浮动节点。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管是串联耦接在第一端及第二端之间。在本专利技术一实施例中，上述的信号转换单元包括传输晶体管以及源极跟随器。传输晶体管耦接至光感应部位。传输晶体管传输光电流信号至浮动节点。源极跟随器耦接至浮动节点与第二电源。源极跟随器放大电压信号。在本专利技术一实施例中，上述的感应信号所对应的光源的亮度愈高时，转换增益调整单元所调整的转换增益愈低。在本专利技术一实施例中，上述的感应信号所对应的光源的亮度愈低时，转换增益调整单元所调整的转换增益愈高。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管的数目是三个或三个以上。在本专利技术一实施例中，上述的控制单元直接控制转换增益调整单元以调整转换增益。本专利技术的影像传感器，包括多个如上所述的光感应像素电路。本专利技术的光感应像素电路包括光感应部位、传输晶体管、多个调整晶体管、输出电路、行控制晶体管以及控制单元。光感应部位感应光源，并产生对应数量的电子。传输晶体管耦接至光感应部位。传输晶体管具有浮动节点，将光感应部位所产生的电子转换为电压信号。调整晶体管具有第一端及第二端。第一端耦接至第一电源，第二端经由浮动节点耦接至传输晶体管。输出电路耦接至传输晶体管。输出电路根据电压信号输出感应信号。感应信号对应所感应的光源的亮度。行控制晶体管耦接至源极跟随器与输出电路。行控制晶体管将放大后电压信号传输至输出电路。输出电路经由源极跟随器及行控制晶体管耦接至传输晶体管。调整晶体管包括至少两操作模式。在不同的操作模式下，调整晶体管被开启的数目不同。调整晶体管是串联耦接在第一端及第二端之间。控制单元耦接至输出电路。控制单元根据感应信号对应的光亮度来调整调整晶体管被开启的数目。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管全部被开启时，第一电源重置浮动节点。在本专利技术一实施例中，上述的光感应像素电路还包括源极跟随器。源极跟随器耦接至浮动节点、第二电源与输出电路。源极跟随器放大电压信号。输出电路经由源极跟随器耦接至传输晶体管。在本专利技术一实施例中，上述的感应信号所对应的光源的亮度愈高时，调整晶体管被开启的数目愈多。在本专利技术一实施例中，上述的感应信号所对应的光源的亮度愈低时，调整晶体管被开启的数目愈少。在本专利技术一实施例中，上述的调整晶体管的数目是三个或三个以上。在本专利技术一实施例中，上述的控制单元直接控制转换增益调整单元以调整转换增益。本专利技术的影像传感器，包括多个如上所述的光感应像素电路。基于上述，在本专利技术的示范实施例中，光感应像素电路的转换增益调整单元具有可调变转换增益的功能，使采用此光感应像素电路的影像传感器可兼顾高灵敏度与高动态范围。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1示出本专利技术一实施例的光感应像素电路的方块示意图；图2示出图1的实施例的光感应像素电路的各方块的内部电路示意图；图3A示出图1的实施例的光感应像素电路操作在第一操作模式时，调整晶体管的控制信号S1、S2的信号波形图；图3B示出图1的实施例的光感应像素电路操作在第一操作模式时，其信号转换单元的转换增益；图4A示出图1的实施例的光感应像素电路操作在第二操作模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光感应像素电路，其特征在于，包括：光感应部位，感应光源，并产生对应数量的电子；信号转换单元，耦接至所述光感应部位，具有浮动节点，根据转换增益将所产生的所述对应数量的电子转换为电压信号，其中所述信号转换单元包括：行控制晶体管，耦接至源极跟随器及输出电路，并将放大后所述电压信号传输至所述输出电路，其中所述输出电路经由所述源极跟随器及所述行控制晶体管耦接至传输晶体管；转换增益调整单元，经由所述浮动节点耦接至所述信号转换单元，并调整所述转换增益；以及所述输出电路，耦接至所述信号转换单元，根据所述电压信号输出感应信号，其中所述感应信号对应所感应的光源的亮度，其中所述转换增益调整单元包括至少两操作模式，所述至少两操作模式其中之一的转换增益大于其中的另一者，其中所述转换增益调整单元具有第一端及第二端，所述第一端耦接至第一电源，所述第二端耦接至所述浮动节点，其中所述转换增益调整单元包括：多个调整晶体管，耦接在所述第一端及所述第二端之间，其中在不同的操作模式下，所述多个调整晶体管被开启的数目不同，所述信号转换单元的转换增益是根据所述多个调整晶体管被开启的数目来调整，其中所述光感应像素电路还包括：控制单元，耦接所述输出电路，根据所述感应信号所对应的光源亮度来调整所述多个调整晶体管被开启的数目。...

【技术特征摘要】
1.一种光感应像素电路，其特征在于，包括：光感应部位，感应光源，并产生对应数量的电子；信号转换单元，耦接至所述光感应部位，具有浮动节点，根据转换增益将所产生的所述对应数量的电子转换为电压信号，其中所述信号转换单元包括：行控制晶体管，耦接至源极跟随器及输出电路，并将放大后所述电压信号传输至所述输出电路，其中所述输出电路经由所述源极跟随器及所述行控制晶体管耦接至传输晶体管；转换增益调整单元，经由所述浮动节点耦接至所述信号转换单元，并调整所述转换增益；以及所述输出电路，耦接至所述信号转换单元，根据所述电压信号输出感应信号，其中所述感应信号对应所感应的光源的亮度，其中所述转换增益调整单元包括至少两操作模式，所述至少两操作模式其中之一的转换增益大于其中的另一者，其中所述转换增益调整单元具有第一端及第二端，所述第一端耦接至第一电源，所述第二端耦接至所述浮动节点，其中所述转换增益调整单元包括：多个调整晶体管，耦接在所述第一端及所述第二端之间，其中在不同的操作模式下，所述多个调整晶体管被开启的数目不同，所述信号转换单元的转换增益是根据所述多个调整晶体管被开启的数目来调整，其中所述光感应像素电路还包括：控制单元，耦接所述输出电路，根据所述感应信号所对应的光源亮度来调整所述多个调整晶体管被开启的数目。2.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述多个调整晶体管被开启的数目愈多，所述信号转换单元的转换增益愈低。3.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述多个调整晶体管全部被开启时，所述第一电源重置所述浮动节点。4.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述多个调整晶体管是串联耦接在所述第一端及所述第二端之间。5.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述信号转换单元包括：所述传输晶体管，耦接至所述光感应部位，并传输所述光电流信号至所述浮动节点；以及所述源极跟随器，耦接至所述浮动节点与第二电源，并放大所述电压信号。6.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述感应信号所对应的所述光源的亮度愈高时，所述转换增益调整单元所调整的所述转换增益愈低。7.根据权利要求1所述的光感应像素电路，其中所述感应信号所对应的所述光源的亮度愈低时，所述转换增益调整单元所调整的所述转换增益愈高。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄东海，
申请(专利权)人：联咏科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71