图像传感器像素电路及其工作方法技术

一种图像传感器像素电路及其工作方法，电路包括：光电二极管，光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，传输晶体管的源级与正向连接端连接，传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，复位晶体管的漏极与第一电源线连接，复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；与第二浮空扩散点连接的电容；前置晶体管，前置晶体管的源级与正向连接端连接，前置晶体管的漏极与第二电源线连接，前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线。所述图像传感器像素电路的动态范围得到提高。

Pixel Circuit of Image Sensor and Its Working Method

An image sensor pixel circuit and its working method include: photodiode, photodiode with forward connection end; transmission transistor, source level of transmission transistor and forward connection end, drain pole of transmission transistor and first floating diffusion point; additional transistor, source level of additional transistor and first floating diffusion point, and leakage of additional transistor. The pole is connected with the second floating diffusion point; the reset transistor, the drain of the reset transistor is connected with the first power line; the source level of the reset transistor is connected with the second floating diffusion point; the capacitance connected with the second floating diffusion point; the front transistor, the source level of the front transistor is connected with the forward connection point; the drain of the front transistor is connected with the second power line; the front transistor is suitable for expansion. In the exposure sequence step, several inter-phase release steps are performed to transfer the charge in the photodiode to the second power supply line; column readout line. The dynamic range of the pixel circuit of the image sensor is improved.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器像素电路及其工作方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器像素电路及其工作方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。其中CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。然而，现有的图像传感器的性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种图像传感器像素电路及其工作方法，以提高图像传感器像素电路的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，包括：光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。可选的，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。可选的，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第三电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源级连接，所述选择晶体管的源级与列读出线连接。可选的，第三电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第三电源线的电位与第一电源线的电位不同。可选的，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。可选的，所述光电二极管具有正向连接端和反向连接端，所述正向连接端分别与所述传输晶体管的源级以及所述前置晶体管的源级连接，所述反向连接端接地。本专利技术还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，包括：提供上述任意一项的图像传感器像素电路；进行主曝光时序步骤，在进行主曝光时序步骤中，所述前置晶体管、传输晶体管和复位晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，所述前置晶体管处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管处于导通状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二信号数据采集；进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤，在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，复位晶体管处于断开状态，扩展曝光时序步骤包括：所述前置晶体管执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；在每次释放步骤之后，导通传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电；扩展曝光时序步骤和各第三充电均进行之后，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三信号数据采集。可选的，在各释放步骤中，所述前置晶体管处于导通状态，所述传输晶体管处于断开状态；在所述第三充电中，所述传输晶体管处于导通状态，所述前置晶体管处于断开状态。可选的，在主读出时序步骤的起始时刻至第二信号数据采集的终结时刻，所述复位晶体管处于断开状态。可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第一充电之前，在附加晶体管、复位晶体管和传输晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一基准数据采集；根据第一基准数据采集得到的数据与第一信号数据采集得到的数据之差，获取第一有效信号数据。可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第二信号数据采集后，进行主复位操作，在主复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管处于断开状态；进行主复位操作后，在复位晶体管和传输晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二基准数据采集；根据第二基准数据采集得到的数据与第二信号数据采集得到的数据之差，获取第二有效信号数据。可选的，还包括：进行第三信号数据采集后，进行扩展复位操作，在扩展复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管和前置晶体管处于断开状态；进行扩展复位操作后，在复位晶体管、传输晶体管和前置晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三基准数据采集；根据第三基准数据采集得到的数据与第三信号数据采集得到的数据之差，获取第三有效信号数据。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的图像传感器像素电路的工作方法中，在进行主曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，因此在光电二极管过曝的情况下，光电二极管中的光生电子会通过传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点。由于在进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，前置晶体管处于断开状态，因此进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，光电二极管中的光生电子不会转移至第二电源线。在附加晶体管处于断开状态下进行第一充电，使光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点，由于第一浮空扩散点的满阱电容较小，因此第一信号数据采集得到的数据用于表征图像在暗处的信息。在附加晶体管处于导通状态进行第二充电，第二充电使光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容存储来自光电二极管的光生电子。由于第一浮空扩散点和所述电容共同的满阱电容大于第一浮空扩散点的满阱电容，因此在光电二极管曝光的情况下，第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容有足够的电容空间存储来自光电二极管产生的光生电子，因此第二信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第一信号数据采集得到数据可表征的图像亮度。在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，那么在光电二极管过曝的情况下，光电二极管中的光生电子会通过传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由电容和第一浮空扩散点的寄生电容存储来自光电二极管溢出的光生电子。由于设置了前置晶体管，所述前置晶体管在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线，因此在释放步骤的时间内，光电二极管中的电荷不会溢出至第一浮空扩散点。在每次释放步骤之后，导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，其特征在于，包括：光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，其特征在于，包括：光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。3.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第三电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源级连接，所述选择晶体管的源级与列读出线连接。4.根据权利要求3所述的图像传感器像素电路，其特征在于，第三电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第三电源线的电位与第一电源线的电位不同。5.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。6.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述光电二极管具有正向连接端和反向连接端，所述正向连接端分别与所述传输晶体管的源级以及所述前置晶体管的源级连接，所述反向连接端接地。7.一种图像传感器像素电路的工作方法，其特征在于，包括：提供权利要求1至6任意一项所述的图像传感器像素电路；进行主曝光时序步骤，在进行主曝光时序步骤中，所述前置晶体管、传输晶体管和复位晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，所述前置晶体管处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文哲，王林，黄金德，
申请(专利权)人：昆山锐芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32