具有多个光电二极管和共享比较器的像素传感器制造技术

在一个示例中，一种装置包括：用于产生第一电荷的第一光电二极管；用于产生第二电荷的第二光电二极管；量化器；第一存储体和第二存储体；以及控制器，该控制器被配置为：控制量化器以执行第一电荷的第一量化操作和第二量化操作，以分别生成第一数字输出和第二数字输出，第一量化操作和第二量化操作与不同的强度范围相关联；将第一数字输出或第二数字输出之一存储在第一存储体中；控制量化器以执行第二电荷的第三量化操作以生成第三数字输出，第三量化操作与不同于第一量化操作或第二量化操作中的至少一个的强度范围相关联；以及将第三数字输出存储在第二存储体中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个光电二极管和共享比较器的像素传感器相关申请本专利申请要求于2018年8月27日提交的第62/723,376号美国申请和于2019年8月26日提交的第16/550,851号美国申请的优先权。出于所有目的，第62/723,376号和第16/550,851号美国申请通过引用以其整体并入本文。背景本公开总体上涉及图像传感器，且更具体地涉及包括接口电路的像素单元结构，用于确定用于图像生成的光强度。图像传感器中典型的像素包括光电二极管，其用于通过将光子转换成电荷(例如，电子或空穴)来感测入射光。入射光可以包括用于不同应用(例如2D和3D感测)的不同波长范围的分量。此外，为了减少图像失真，可以执行全局快门操作，其中光电二极管阵列的每个光电二极管在全局曝光周期中同时感测入射光以产生电荷。该电荷可以由电荷感测单元(例如，浮置扩散(floatingdiffusion))转换以转换为电压。像素单元阵列可以基于由电荷感测单元转换的电压来测量入射光的不同分量，并提供测量结果以用于场景的2D和3D图像的生成。概述本公开涉及图像传感器。更具体地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n第一光电二极管，所述第一光电二极管响应于入射光而产生第一电荷；/n第二光电二极管，所述第二光电二极管响应于所述入射光而产生第二电荷；/n量化器；/n第一存储体和第二存储体；以及/n控制器，所述控制器被配置为：/n控制所述量化器以执行所述第一电荷的第一量化操作和第二量化操作，以分别生成第一数字输出和第二数字输出，所述第一量化操作和所述第二量化操作与不同的强度范围相关联；/n将所述第一数字输出或所述第二数字输出之一存储在所述第一存储体中；/n控制所述量化器以执行所述第二电荷的第三量化操作以生成第三数字输出，所述第三量化操作与不同于所述第一量化操作或所述第二量化操作中的至少一...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180827 US 62/723,376;20190826 US 16/550,8511.一种装置，包括：
第一光电二极管，所述第一光电二极管响应于入射光而产生第一电荷；
第二光电二极管，所述第二光电二极管响应于所述入射光而产生第二电荷；
量化器；
第一存储体和第二存储体；以及
控制器，所述控制器被配置为：
控制所述量化器以执行所述第一电荷的第一量化操作和第二量化操作，以分别生成第一数字输出和第二数字输出，所述第一量化操作和所述第二量化操作与不同的强度范围相关联；
将所述第一数字输出或所述第二数字输出之一存储在所述第一存储体中；
控制所述量化器以执行所述第二电荷的第三量化操作以生成第三数字输出，所述第三量化操作与不同于所述第一量化操作或所述第二量化操作中的至少一个量化操作的强度范围相关联；和
将所述第三数字输出存储在所述第二存储体中。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述量化器包括比较器；以及
其中，所述比较器包括与所述第一光电二极管和所述第二光电二极管以及与所述第一存储体和所述第二存储体不同类型的晶体管器件。


3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管形成在第一半导体基底上；
其中，所述量化器、所述第一存储体和所述第二存储体形成在第二半导体基底上；以及
其中，所述第一半导体基底和所述第二半导体基底形成堆叠。


4.根据权利要求1所述的装置，还包括：
电荷感测单元，所述电荷感测单元包括电容器和缓冲器，所述缓冲器与所述量化器耦合；
第一转移开关，所述第一转移开关耦合在所述第一光电二极管和所述电容器之间；以及
第二转移开关，所述第二转移开关耦合在所述第二光电二极管和所述电容器之间；
其中，所述控制器被配置为：
在禁用所述第二转移开关的同时，控制所述第一转移开关，以将所述第一电荷中的第一溢出电荷从所述第一光电二极管转移到所述电容器，以产生第一电压；
控制所述量化器，以基于所述第一电压测量所述电容器被所述第一溢出电荷饱和的时间作为所述第一数字输出；
控制所述量化器，以基于所述第一电压测量由所述第一光电二极管转移的所述第一溢出电荷的量作为所述第二数字输出；
在禁用所述第一转移开关的同时，控制所述第二转移开关，以将所述第二电荷中的第二剩余电荷从所述第二光电二极管转移到所述电容器，以产生第二电压；和
控制所述量化器，以基于所述第二电压测量由所述第二光电二极管转移的所述第二剩余电荷的量作为所述第三数字输出。


5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述量化器被配置为：
基于将所述第一电压与静态阈值进行比较以生成第一判定，来测量饱和时间；
基于将所述第一电压与第一电压斜坡进行比较以生成第二判定，来测量由所述第一光电二极管转移的所述第一溢出电荷的量；和
基于将所述第二电压与第二电压斜坡进行比较以生成第三判定，来测量由所述第二光电二极管转移的所述第二剩余电荷的量；
并且其中，所述控制器被配置为：
将所述第一判定和所述第二判定转发到所述第一存储体，以控制第一时间，所述第一存储体在所述第一时间将来自计数器的计数值存储为所述第一数字输出或所述第二数字输出；和
将所述第三判定转发到所述第二存储体，以控制第二时间，所述第二存储体在所述第二时间将来自所述计数器的计数值存储为所述第三数字输出。


6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器被配置为：
控制所述第一转移开关以将所述第一电荷中的第一剩余电荷转移到所述电容器，以产生第三电压；
控制所述量化器，以基于所述第三电压测量由所述第一光电二极管转移的所述第一剩余电荷的量作为第四数字输出；和
将所述第一数字输出、所述第二数字输出或所述第四数字输出之一存储在所述第一存储体中。


7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电容器包括主电容器和辅助电容器；
其中，所述第一溢出电荷存储在所述主电容器和所述辅助电容器的并联组合中；和
其中，所述第一剩余电荷和所述第二剩余电荷存储在所述主电容器中，但不存储在所述辅助电容器中。


8.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第一电荷感测单元，所述第一电荷感测单元包括第一电容器和第一缓冲器，所述第一缓冲器与所述量化器耦合；
第二电荷感测单元，所述第二电荷感测单元包括第二电容器和第二缓冲器，所述第二缓冲器与所述量化器耦合；
第一转移开关，所述第一转移开关耦合在所述第一光电二极管和所述第一电容器之间；以及
第二转移开关，所述第二转移开关耦合在所述第二光电二极管和所述第二电容器之间；
其中，所述控制器被配置为：
控制所述第一转移开关以将所述第一电荷中的第一溢出电荷从所述第一光电二极管转移到所述第一电容器，以产生第一电压；
控制所述第二转移开关以在所述第二光电二极管饱和之后，将所述第二电荷中的第二溢出电荷从所述第二光电二极管转移到所述第二电容器，以产生第二电压；
控制所述量化器，以基于所述第一电压测量所述第一电容器被所述第一溢出电荷饱和的时间作为所述第一数字输出；
控制所述量化器，以基于所述第一电压测量由所述第一光电二极管转移的所述第一溢出电荷的量作为所述第二数字输出；和
控制所述量化器，以基于所述第二电压测量由所述第二光电二极管转移的所述第二溢出电荷的量作为所述第三数字输出。


9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述量化器被配置为：
基于将所述第一电压与静态阈值进行比较以生成第一判定，来测量饱和时间；
基于将所述第一电压与第一电压斜坡进行比较以生成第二判定，来测量由所述第一光电二极管转移的所述第一溢出电荷的量；和
基于将所述第二电压与第二电压斜坡进行比...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松，刘新桥，莱尔·大卫·班布里奇，安德鲁·塞缪尔·贝尔科维奇，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US