CMOS图像传感器、像素单元及其控制方法技术

本发明专利技术实施例提供一种CMOS图像传感器、像素单元及其控制方法，像素单元包括适于输出第一帧模拟信号的全局曝光结构和扩展结构，扩展结构适于耦接全局曝光结构而输出第二帧模拟信号，扩展结构包括第一控制晶体管、第三电容、第二控制晶体管、第四电容、第三控制晶体管、第五电容，其中，第三电容的存储容量大于第一存储节点的存储容量，通过横向溢流蓄积电容器，使得像素的满阱容量不再受到光电二极管满阱的限制，并结合第一控制晶体管使第三电容选择性地与第一存储节点并联，本发明专利技术实施例的技术方案扩展了像素单元的动态范围。

CMOS image sensor, pixel unit and its control method

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器、像素单元及其控制方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种CMOS图像传感器、像素单元及其控制方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化成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)图像传感器两大类。由于CMOS图像传感器具有功耗小、成本低、易于其它器件集成等优点，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。图像传感器的动态范围是图像传感器一项很重要的指标参数。动态范围表示图像传感器在同一幅图像中同时能探测到的最大光强信号和最小光强信号的范围。一般用dB来表示，公式如下：其中Pmax表示可探测的最大光强，Pmin表示可探测的最小光强。一般图像传感器的动态范围在60-70dB之间，人眼的动态范围在100-120dB之间，高动态范围图像传感器对于兼顾暗处细节和亮处细节非常重要。图像传感器的满阱容量(FullWellCapacity，FWC)是指像素所能收集并容纳的最大的电子的数量。对于一般线性响应图像传感器来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器的像素单元，包括适于输出第一帧模拟信号的全局曝光结构，其包括光电转换元件、传输晶体管、第一存储节点、第二存储节点、第一电容、第二电容，其特征在于，所述像素单元还包括：/n扩展结构，其适于耦接所述全局曝光结构而输出第二帧模拟信号，所述扩展结构包括第一控制晶体管、第三电容、第二控制晶体管、第四电容、第三控制晶体管、第五电容，所述第一控制晶体管的第一端耦接所述第三电容的第一端，第二端耦接所述第一存储节点；所述第三电容的第二端耦接第一电源线，所述第四电容的第一端耦接所述第二控制晶体管的第二端、第二端耦接所述第一电源线，所述第五电容的第一端耦接所述第三控制晶体管的第二端、第二端...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的像素单元，包括适于输出第一帧模拟信号的全局曝光结构，其包括光电转换元件、传输晶体管、第一存储节点、第二存储节点、第一电容、第二电容，其特征在于，所述像素单元还包括：
扩展结构，其适于耦接所述全局曝光结构而输出第二帧模拟信号，所述扩展结构包括第一控制晶体管、第三电容、第二控制晶体管、第四电容、第三控制晶体管、第五电容，所述第一控制晶体管的第一端耦接所述第三电容的第一端，第二端耦接所述第一存储节点；所述第三电容的第二端耦接第一电源线，所述第四电容的第一端耦接所述第二控制晶体管的第二端、第二端耦接所述第一电源线，所述第五电容的第一端耦接所述第三控制晶体管的第二端、第二端耦接所述第一电源线，所述第二控制晶体管和所述第三控制晶体管的第一端均耦接所述第二存储节点，所述第一电源线为提供公共接地端电压的电源线；其中，所述第三电容的存储容量大于所述第一存储节点的存储容量，所述第一控制晶体管使所述第三电容选择性地与所述第一存储节点并联。


2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第三电容的存储容量为所述第一存储点节的存储容量的N倍，所述N为大于或等于8的整数。


3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，包括控制模块，其适于控制所述第一控制晶体管的导通或截止，以控制曝光期间收集的电荷存储到所述第一存储节点、或存储到所述第一存储节点和所述第三电容上。


4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述全局曝光结构为9T型全局曝光结构，其还包括：复位晶体管、第一级源极跟随器、隔离晶体管、第四控制晶体管、第五控制晶体管、第六控制晶体管、第二级源极跟随器、行选择晶体管，所述光电转换元件的阳极端耦接所述第一电源线、阴极端耦接所述传输晶体管的第一端，所述传输晶体管的第二端耦接第一控制晶体管的第二端，所述复位晶体管的第一端耦接第二电源线、第二端耦接所述第三电容第一端，所述第一级源极跟随器的栅极耦接所述第一存储节点、第一端耦接所述第二电源线，所述隔离晶体管的第一端耦接所述第一级源极跟随器的第二端，所述第四控制晶体管的第一端耦接所述第二存储节点、第二端耦接所述第一电源线，所述第五控制晶体管的第一端耦接所述第二存储节点、第二端耦接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端耦接所述第一电源线，所述第六控制晶体管的第一端耦接所述第二存储节点、第二端耦接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端耦接所述第一电源线，所述第二级源极跟随器的栅极耦接所述第二存储节点、第一端耦接所述第二电源线，所述行选择晶体管的第一端耦接所述第二级源极跟随器的第二端、第二端耦接所述像素单元的位线，其中，所述第二电源线为向所述像素单元提供工作电压的电源线。


5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括量化结构，其适于接收所述第一帧模拟信号、量化所述第一帧模拟信号并基于所量化的第一帧模拟信号而获得第一帧量化数据，接收所述第二帧模拟信号、量化所述第二帧模拟信号，并基于所量化的第二帧模拟信号而获得第二帧量化数据，以及相加所述第一帧量化数据和所述第二帧量化数据而获得最终量化数据。


6.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一帧模拟信号包括第一帧复位模拟信号和第一帧曝光模拟信号，所述第二帧模拟信号包括第二帧复位模拟信号和第二帧曝光模拟信号，所述量化结构包括：
第一量化子模块，其适于量化所述第一帧复位模拟信号而获得第一帧复位量化数据、量化所述第一帧曝光模拟信号而获得第一帧曝光量化数据、相减所述第一帧复位量化数据和所述第一帧曝光量化数据而获得所述第一帧量化数据；
第二量化子模块，其适于量化所述第二帧复位模拟信号而获得第二帧复位量化数据、量化所述第二帧曝光模拟信号而获得第二帧曝光量化数据、相减所述第二帧复位量化数据和所述第二帧曝光量化数据而获得所述第二帧量化数据；
处理子模块，其适于相加所述第一帧量化数据和所述第二帧量化数据而获得所述最终量化数据。


7.一种控制如权利要求6所述像素单元的方法，其特征在于，包括：
将所述复位晶体管和所述传输晶体管的栅极控制信号设置为高电平，以复位所述第一存储节点和所述光电转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，胡万景，黄金德，
申请(专利权)人：锐芯微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32