一种像素电路及相应运行方法技术

本发明专利技术涉及一种像素电路，包括：第一至第六MOSFET；光电二极管(PD)，其正极接地；三极管，其发射极与第五MOSFET的栅极连接，其集电极接地。此外，本发明专利技术还涉及一种运行像素电路的方法。通过本发明专利技术，可以显著提高像素电路的电子‑电压转换增益，从而明显提高像素的灵敏度。

A Pixel Circuit and Its Operating Method

【技术实现步骤摘要】
一种像素电路及相应运行方法
本专利技术总体而言涉及集成电路领域，具体而言涉及一种像素电路。此外，本专利技术还涉及一种运行像素电路的方法。
技术介绍
半导体像素是一种广泛应用于成像领域、光纤通信领域、激光测距等众多领域的重要半导体器件，其用于将光信号转换成电压信号，其原理是，像素的光电二极管的反向偏置的PN结在一定波长辐射的照射下，由于光生载流子的影响会出现反向电压或电流的变化，该变化与光辐射强成比例，通过检测该变化可确定光辐射强度。现有像素采用转换电容CFD来将光电信号转换为电压信号。如图1所示，输出电压V＝Q/CFD，其中Q为光电二极管因受到光辐射而产生电荷量。从上面的公式可以看出，转换电容CFD的大小将直接影响输出电压的大小，从而影响像素的灵敏度。然而，目前还不能无限地缩小转换电容CFD，因此电子-电压转换增益受到限制。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种像素电路及相应运行方法，通过该像素电路和/或该方法，可以显著提高像素电路的电子-电压转换增益，从而明显提高像素的灵敏度。在本专利技术的第一方面，该任务通过一种像素电路来解决，该像素电路包括：第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST3)，其栅极连接到第一控制信号(Ctr1)，其漏极和源极分别连接到第一电压(V1)和光电二极管(PD)的负极；第二金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST2)，其栅极连接到第二控制信号(Ctr2)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和光电二极管(PD)的负极；光电二极管(PD)，其正极接地；第三金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(TG)，其栅极连接到第三控制信号(Ctr3)，其漏极和源极分别连接到光电二极管(PD)的负极和三极管的基极；三极管，其发射极与第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)的栅极连接，其集电极接地；第四金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST1)，其栅极连接到第四控制信号(Ctr4)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和三极管的发射极；第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)的漏极和源极之一；以及第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)，其栅极连接到第五控制信号(Ctr5)，其漏极和源极中的另一作为输出端(OP)。在此应当指出，在本专利技术中，根据MOSFET的类型不同(如n型或p型)，其漏极和源极的连接方式不同。当MOSFET是n型时，其漏极连接到较高电压(即两个端子中电压较高的端子)，而其源极连接到较低电压(即两个端子中电压较低的端子)。以此类推，当MOSFET是p型时反之。此外，n型MOSFET是低电平驱动，而p型MOSFET是高电平驱动。因此，在p型MOSFET的情况下，在提供控制信号时可能需要采用电荷泵等升压装置来提供高电平。在本专利技术的一个优选方案中规定，第一至第六MOSFET为n型MOSFET，其中第一至第六MOSFET的漏极连接到高电压端，其源极连接到低电压端。通过采用n型MOSFET，可以实现低电压驱动，从而节省电路成本。在本专利技术的一个扩展方案中规定，第一电压(V1)是复位电压，并且第二电压(V2)是电源电压。根据应用场合，第一电压和第二电压的大小可以相应地设置。例如，可以设置第一电压等于第二电压。在本专利技术的另一扩展方案中规定，所述三极管是PNP型双极结型晶体管。在PNP型双极结型晶体管的情况下，电流从发射极流向集电极，其中发射极的电位最高。在使用NPN型双极结型晶体管时，情况相反。在本专利技术中，优选使用PNP型双极结型晶体管。但是在本专利技术的教导下，使用其它类型双极结型晶体管也是可设想的。在本专利技术的第二方面，前述任务通过一种图像传感器来解决，该图像传感器具有根据本专利技术的像素电路。在此应当指出，除了图像传感器以外，本专利技术的像素电路还可以应用于其它设备或器件。在本专利技术的第三方面，前述任务通过一种用于运行像素电路的方法来解决，该方法包括下列步骤：提供相应的第五控制信号(Ctr5)，使得第五MOSFET(Adr/SEL)导通；提供相应的第四控制信号(Ctr4)、第二控制信号(Ctr2)和第三控制信号(Ctr3)，使得第四MOSFET(RST1)、第二MOSFET(RST2)和第三MOSFET(TG)导通，其中在输出端(OP)处生成第一输出信号(S1)；提供相应的第四控制信号(Ctr4)、第二控制信号(Ctr2)和第三控制信号(Ctr3)，使得第四MOSFET(RST1)、第二MOSFET(RST2)、和第三MOSFET(TG)截止；提供相应的第一控制信号(Ctr1)，使得第一MOSFET(RST3)导通；将光电二极管(PD)曝光；提供相应的第三控制信号(Ctr3)，使得第三MOSFET(TG)导通，其中在输出端(OP)处生成第二输出信号(S2)；以及提供相应的第三控制信号(Ctr3)，使得第三MOSFET(TG)截止。在本专利技术的一个优选方案中规定，提供相应的第四控制信号(Ctr4)、第二控制信号(Ctr2)和第三控制信号(Ctr3)，使得第四MOSFET(RST1)、第二MOSFET(RST2)和第三MOSFET(TG)导通包括：将第四MOSFET(RST1)、第二MOSFET(RST2)和第三MOSFET(TG)保持导通，使得下列等式成立：Vemit＝Vbase＝V2，其中Vemit是三极管的发射极电压，并且Vbase是三极管的基极电压(Vbase)。在本专利技术的另一优选方案中规定，提供相应的第三控制信号(Ctr3)，使得第三MOSFET(TG)导通包括：将第三MOSFET(TG)保持导通，使得下列等式成立：Vemit＝Vbase＝(Vpd+V2)/2，其中Vpd是光电二极管电压。在本专利技术的一个扩展方案中规定，该方法还包括：由比较器确定第二输出信号(S2)与第一输出信号(S2)之间的电压差。本专利技术至少具有下列有益效果：在本专利技术中，通过用晶体管(如双极结型晶体管BJT)替换转换电容CFD，可以放大基极的电压(例如在BJT的情况下，Vemit＝Vbase+Vcollector，Vemit≈2.11Vbase)，由此放大电压变化，从而提高像素电路的电子-电压转换增益，进而提高像素的灵敏度，同时还避免了转换电容CFD对电子-电压转换增益的限制，由此显著提高像素的灵敏度。附图说明下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本专利技术。图1示出了根据现有技术的像素电路的原理图；以及图2示出了根据本专利技术的像素电路的原理图。具体实施方式应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。在本专利技术中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。在本专利技术中，各实施例仅仅旨在说明本专利技术的方案，而不应被理解为限制性的。在本专利技术中，除非特别指出，量词“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素电路，包括：第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST3)，其栅极连接到第一控制信号(Ctr1)，其漏极和源极分别连接到第一电压(V1)和光电二极管(PD)的负极；第二金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST2)，其栅极连接到第二控制信号(Ctr2)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和光电二极管(PD)的负极；光电二极管(PD)，其正极接地；第三金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(TG)，其栅极连接到第三控制信号(Ctr3)，其漏极和源极分别连接到光电二极管(PD)的负极和三极管的基极；三极管，其发射极与第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)的栅极连接，其集电极接地；第四金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST1)，其栅极连接到第四控制信号(Ctr4)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和三极管的发射极；第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)的漏极和源极之一；以及第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)，其栅极连接到第五控制信号(Ctr5)，其漏极和源极中的另一作为输出端(OP)。...

【技术特征摘要】
1.一种像素电路，包括：第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST3)，其栅极连接到第一控制信号(Ctr1)，其漏极和源极分别连接到第一电压(V1)和光电二极管(PD)的负极；第二金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST2)，其栅极连接到第二控制信号(Ctr2)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和光电二极管(PD)的负极；光电二极管(PD)，其正极接地；第三金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(TG)，其栅极连接到第三控制信号(Ctr3)，其漏极和源极分别连接到光电二极管(PD)的负极和三极管的基极；三极管，其发射极与第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)的栅极连接，其集电极接地；第四金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(RST1)，其栅极连接到第四控制信号(Ctr4)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和三极管的发射极；第五金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Amp/SF)，其漏极和源极分别连接到第二电压(V2)和第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)的漏极和源极之一；以及第六金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Adr/SEL)，其栅极连接到第五控制信号(Ctr5)，其漏极和源极中的另一作为输出端(OP)。2.根据权利要求1所述的像素电路，其中第一至第六MOSFET为n型MOSFET，其中第一至第六MOSFET的漏极连接到高电压端，其源极连接到低电压端。3.根据权利要求1所述的像素电路，其中第一电压(V1)是复位电压，并且第二电压(V2)是电源电压。4.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述三极管是PNP型双极结型晶体管(BJT)。5.一种图像传感器，其具有根据权利要求1至2之一所述的像素电路。6.一种用于运行根据权利要求1至4之一所述的像素电路的方法，包括下列...

【专利技术属性】
技术研发人员：眭小超，王永耀，凌耀君，冯想来，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32