具有帧级别黑色电平校准的图像传感器制造技术

本申请案涉及一种具有帧级别黑色电平校准的图像传感器。一种图像传感器包含像素阵列，所述像素阵列具有：像素单元的作用行；黑色电平校准行，其具有经耦合以产生代表没有入射光的黑色图像数据信号的黑色图像数据产生电路；以及虚设行，所述虚设行具有经耦合以接收黑色太阳参考电压以箝位所述像素阵列的位线的黑色电平箝位电路，以及经耦合以接收所述黑色太阳参考电压以产生黑色太阳校准电压的黑色电平校准电路。黑色太阳反馈电路经耦合以响应于所述黑色太阳校准电压和黑色电平样本参考产生所述黑色太阳参考电压，且黑色电平取样电路经耦合到所述位线以对所述黑色图像数据信号进行取样以产生由所述黑色太阳反馈电路接收的所述黑色电平样本参考。接收的所述黑色电平样本参考。接收的所述黑色电平样本参考。

【技术实现步骤摘要】
具有帧级别黑色电平校准的图像传感器


[0001]本公开大体上涉及图像传感器，并且特定来说但不排他地，涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

技术介绍

[0002]图像传感器已经变得无处不在，且现在广泛应用于数码相机、蜂窝式电话、监控摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器，且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术持续飞速进步。随着图像传感器被集成到更广泛范围的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如，分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能指标等。
[0003]典型的图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射到图像传感器上而操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光后产生图像电荷。由像素光生的图像电荷可测量为列位线上的模拟输出图像信号，所述信号依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷的量与图像光的强度成比例，所述图像电荷作为模拟信号从列位线读出并转换为数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。
[0004]注意，如果过量的光照射到一些CMOS传感器的像素上，那么所述像素的电势阱可随着光生电荷溢出并导致参考电平的增加，这可归因于从图像信号电平减去参考电平而导致图像传感器的输出中的错误，所述减去伴随相关双取样(CDS)而发生。在一些情况下，例如在明亮的阳光下，CDS减法操作导致负值，这使图像传感器输出被设置为零，从而导致在图像传感器上的明亮区域中出现“黑点”。在此情形下，在图像传感器的亮点中出现的“黑点”有时被称为黑色太阳效应的实例。

技术实现思路

[0005]在一个方面中，本申请案提供一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含：像素单元的多个作用行，其经耦合以响应于入射光产生图像数据；黑色电平校准行，其包含多个黑色图像数据产生电路，所述多个黑色图像数据产生电路经耦合以产生表示没有所述入射光的黑色图像数据信号；及虚设行，其包含：多个黑色电平箝位电路，其经耦合以接收黑色太阳参考电压以箝位所述像素阵列的多根位线；及黑色电平校准电路，其经耦合以接收所述黑色太阳参考电压以产生黑色太阳校准电压；黑色太阳反馈电路，其经耦合以响应于所述黑色太阳校准电压和所述黑色电平样本参考产生所述黑色太阳参考电压；及黑色电平取样电路，其经耦合到所述多根位线，以对从所述黑色电平校准行产生的所述黑色图像数据信号进行取样，以产生经耦合以由所述黑色太阳反馈电路接收的所述黑色电平样本参考。
[0006]在另一方面中，本申请案进一步提供一种成像系统，其包括：第一裸片，其包含像素阵列，其中所述像素阵列包括：像素单元的多个作用行，其经耦合以响应入射光生图像数据；黑色电平校准行，其包含多个黑色图像数据产生电路，所述多个黑色图像数据产生电路
经耦合以产生表示没有所述入射光的黑色图像数据信号；及虚设行，其包含：多个黑色电平箝位电路，其经耦合以接收黑色太阳参考电压以箝位所述像素阵列的多根位线；及黑色电平校准电路，其经耦合以接收所述黑色太阳参考电压以产生黑色太阳校准电压；及第二裸片，其经耦合到所述第一裸片，其中所述第二裸片包括：黑色太阳反馈电路，其经耦合以响应于所述黑色太阳校准电压和所述黑色电平样本参考产生所述黑色太阳参考电压；及黑色电平取样电路，其经耦合到所述多根位线，以对从所述黑色电平校准行产生的所述黑色图像数据信号进行取样，以产生经耦合以由所述黑色太阳反馈电路接收的所述黑色电平样本参考。
附图说明
[0007]参考下列图描述本专利技术的非限制性及非穷举性实施例，其中除非另外指定，否则贯穿各个视图的类似的参考编号指代类似的部分。
[0008]图1说明根据本专利技术的教示的具有帧级别黑色电平自校准的成像系统的一个实例。
[0009]图2说明根据本公开的教示的包含像素阵列的像素裸片中的各种区域的布置的一个实例。
[0010]图3说明根据本公开的教示的具有帧级别黑色电平自校准的成像系统的示意图的一个实例。
[0011]图4说明根据本专利技术的教示的说明暴露在明亮阳光下的成像系统中的信号之间的相对关系的时序图的一个实例。
[0012]图5说明根据本专利技术的教示的说明具有在像素阵列的每一帧读出之前执行的黑色电平自校准的成像系统中的信号之间的相对关系的时序图的一个实例。
[0013]贯穿附图的若干视图的对应参考符号指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是出于简明和清晰的目的而说明且不必按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对其它元件放大来帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解。另外，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但充分理解的元件，以便有助于对本专利技术的这些不同实施例的较少受阻碍的观察。
具体实施方式
[0014]本文描述涉及具有帧级别黑色太阳电压自校准的成像系统的各种实例。在下列描述中，阐述许多具体细节以提供对实例的通透理解。但是，所属领域的技术人员将认识到；本文描述的技术可在没有一或多个特定细节的情况下或用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，不详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
[0015]贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的引用意指结合实例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方中“在一个实例中”或“在一个实施例中”的短语的出现不一定都指相同实例。此外，可在一或多个实例中以任何适当的方式组合特定特征、结构或特性。
[0016]为了便于描述，空间相对术语，例如“下面”、“以下”、“下”、“下方”、“上方”、“上”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中心”、“中间”及其类似者可在本文中用于描述一个元件或特
征与另一(些)元件或特征的关系，如图中所说明。应理解，空间相对术语旨在涵盖除图中描绘的定向之外的装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果图中的装置被旋转或翻转，那么被描述为在其它元件或特征“以下”或“下面”或“下方”的元件将被定向为在其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“以下”及“下方”可涵盖上方及以下的定向两者。装置可以其它方式定向(旋转九十度或以其它定向)，且可相应地解译本文中使用的空间相对描述词。另外，还将理解，当一层被称为在两个层“之间”时，它可为两层之间的唯一层，或也可存在一或多个中介层。
[0017]贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语具有其所源自的领域中的普通含义，除非本文中明确定义或其使用上下文另有明确指示。应注意，元素名称及符号可贯穿本文献互换使用(例如，Si对硅)；然而，两者具有相同含义。
[0018]如将讨论，公开成像系统的各种实例，其中在每一帧读出之前，由成像系统执行黑色太阳电平自校准操作。在各种实例中，成像系统包含具有一或多个虚设行的像素阵列，所述虚设行包含黑色电平箝位电路，所述黑色电平箝位电路将像素阵列中的位线箝位在黑色太阳参考电压下。虚设行还包含黑色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含：像素单元的多个作用行，其经耦合以响应于入射光产生图像数据；黑色电平校准行，其包含多个黑色图像数据产生电路，所述多个黑色图像数据产生电路经耦合以产生表示没有所述入射光的黑色图像数据信号；及虚设行，其包含：多个黑色电平箝位电路，其经耦合以接收黑色太阳参考电压以箝位所述像素阵列的多根位线；及黑色电平校准电路，其经耦合以接收所述黑色太阳参考电压以产生黑色太阳校准电压；黑色太阳反馈电路，其经耦合以响应于所述黑色太阳校准电压和所述黑色电平样本参考产生所述黑色太阳参考电压；及黑色电平取样电路，其经耦合到所述多根位线，以对从所述黑色电平校准行产生的所述黑色图像数据信号进行取样，以产生经耦合以由所述黑色太阳反馈电路接收的所述黑色电平样本参考。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述黑色电平取样电路包括第一电容器，所述第一电容器通过多个位线开关耦合到所述多根位线，以在所述多个位线开关闭合时对所述黑色图像数据信号进行取样，其中所述第一电容器经耦合以在所述多个位线开关断开时保持所述黑色图像数据信号。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述黑色电平取样电路进一步包括耦合到所述第一电容器的容限偏移切换电路，其中所述容限偏移切换电路经配置以在所述多个位线开关闭合的同时将所述第一电容器耦合到容限偏移电压，其中所述容限偏移切换电路经配置以在所述多个位线开关断开的同时将所述第一电容器耦合到接地，其中所述第一电容器经配置以响应于所述容限偏移切换电路将所述第一电容器耦合到接地而产生所述黑色电平样本参考。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述黑色电平取样电路和所述黑色太阳反馈电路经配置以在所述图像数据从所述像素阵列的每一帧读出之前，重新取样从所述黑色电平校准行产生的所述黑色图像数据信号并重新产生所述黑色太阳参考电压。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述多根位线包含第一组位线，其中所述黑色电平取样电路通过所述多个位线开关耦合到所述第一组位线以取样和保持所述黑色图像数据信号。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述多根位线进一步包含第二组位线，其中所述黑色电平取样电路通过所述多个位线开关耦合到所述第一组位线和所述第二组位线以取样和保持所述黑色图像数据信号。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第一组位线位于所述像素阵列的一个端上，并且其中所述第二组位线位于所述像素阵列的相对端上。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一组位线包括位于所述像素阵列的所述一个端上的128根位线，并且其中所述第二组位线包括位于所述像素阵列的所述相对
端上的128根位线。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个黑色图像数据产生电路中的每一者包括：黑色图像复位晶体管，其经耦合到电源电压；黑色图像源极跟随器晶体管，其经耦合到所述电源电压，并且具有耦合到所述黑色图像复位晶体管的栅极；及黑色图像行选择晶体管，其耦合在所述黑色图像源极跟随器晶体管与所述黑色电平取样电路之间。10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述黑色电平校准电路是多个黑色电平校准电路中的一者，其中所述多个黑色电平校准电路中的每一者耦合到包含在所述多根位线中的第三组位线中的相应一者，其中所述黑色太阳反馈电路经耦合以通过所述第三组位线从所述多个黑色电平校准电路接收所述黑色太阳校准电压以产生所述黑色太阳参考电压。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述第三组位线包括所述多根位线中的32根虚设位线。12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个黑色电平箝位电路中的每一者包括：黑色电平箝位供应晶体管，其经耦合到电源电压；黑色电平箝位源极跟随器晶体管，其经耦合到所述黑色电平箝位供应晶体管并且具有耦合以接收所述黑色太阳参考电压的栅极；及黑色电平箝位启用晶体管，其经耦合在所述黑色电平箝位源极跟随器晶体管与所述多条位线中的相应一者之间。13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述黑色电平校准电路是所述多个黑色电平箝位电路中的每一者的复制品，其中所述黑色电平校准电路包括：黑色电平校准供应晶体管，其经耦合到所述电源电压；黑色电平校准源极跟随器晶体管，其经耦合到所述黑色电平校准供应晶体管并且具有经耦合以接收所述黑色太阳参考电压的栅极；及黑色电平校准启用晶体管，其耦合在所述黑色电平校准源极跟随器晶体管与所述黑色太阳反馈电路之间。14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述黑色太阳反馈电路包括具有经耦合以接收所述黑色太阳校准电压的反相输入、经耦合以接收所述黑色电平样本参考的非反相输入以及经耦合以响应于所述黑色太阳校准电压和所述黑色电平样本参考产生所述黑色太阳参考电压的输出的运算放大器。15.一种成像系统，其包括：第一裸片，其包含像素阵列，其中所述像素阵列包括：像素单元的多个作用行，其经耦合以响应入射光生图像数据；黑色电平校准行，其包含多个黑色图像数据产生电路，所述多个黑色图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：左亮，瞿旻，刘雪莲，王睿，高哲，詹智勇，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：