高精确度像素电路及操作高精确度像素电路的方法技术

本发明专利技术提供一种高精确度像素电路及操作高精确度像素电路的方法。第一取样保持级与第二取样保持级级联连接于缓冲放大器与放大器电路之间。于第一与第二时段之内，通过缓冲放大器所产生的具有第一电压与第二电压的缓冲过的输出信号，依序被储存于第一取样保持级与第二取样保持级。放大器电路分别独立感测储存于第一取样保持级的第一电压与第二取样保持级的第二电压，以分别产生对应的第一输出信号与第二输出信号。接着，根据第一输出信号与第二输出信号而产生校正信号。二输出信号而产生校正信号。二输出信号而产生校正信号。

【技术实现步骤摘要】
高精确度像素电路及操作高精确度像素电路的方法


[0001]本专利技术涉及一种像素电路，特别是指一种高精确度像素电路。本专利技术还涉及操作高精确度像素电路的方法。

技术介绍

[0002]与本专利技术相关的现有技术专利，请参阅美国专利公告案US8569671、美国专利公告案US8754357及欧盟专利公告案EP2109306B1。其中，这些现有技术专利采用与本专利技术不同的方式来解决现有技术的缺点。
[0003]请参阅图1A，其显示一种现有技术的像素电路(即像素电路101A)。像素电路101A取样保持缓冲过的电压，其中此缓冲过的电压是相关于浮动扩散节点FD上的电压。其中，浮动扩散节点FD上的电压依序经由彼此串联的取样保持电路26与取样保持电路36而产生。且，像素电路101A通过单一的读取缓冲器48，依序地读取经由彼此串联的取样保持电路26与取样保持电路36所产生的电压。
[0004]这种现有技术的像素电路101A的缺点在于：在读取取样保持电路26所取样保持的电压时，电容C26内的电荷将会重新分配至电容C36。如此一来，将会造成读取信号的位准下降，因而导致像素电路101A具有较低的信号噪声比(Signal
‑
to
‑
noise ratio，缩写为SNR)。
[0005]请参阅图1B，其显示另一种现有技术的像素电路(即像素电路101B)。像素电路101B取样保持缓冲过的电压，其中此缓冲过的电压是相关于浮动扩散节点FD上的电压。其中，浮动扩散节点FD上的电压平行地经由取样保持电路27与取样保持电路37而产生。且，像素电路101B分别通过读取缓冲器49与读取缓冲器48，分别地且平行地读取经由取样保持电路27与取样保持电路37所产生的电压。
[0006]这种现有技术的像素电路101B的缺点在于：在读取经由取样保持电路27与取样保持电路37所产生的电压时，由于读取缓冲器49与读取缓冲器48之间有偏移(offset)的存在，因此会造成额外的读取误差。
[0007]相较于现有技术的像素电路101A，本专利技术的像素电路的优点在于：各个取样保持电路所产生的电压被各自且独立地读取。如此一来，本专利技术的像素电路可具有较高的信号噪声比。
[0008]相较于现有技术的像素电路101B，本专利技术的像素电路的优点在于：不同的读取缓冲器之间所存在的偏移(offset)可以被相互抵消。

技术实现思路

[0009]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种像素电路，包含：一光敏元件，用以根据入射光，产生电荷；一浮动扩散节点；一重置晶体管，用以将该浮动扩散节点的电荷排空；一转移切换开关，耦接于该光敏元件与该浮动扩散节点之间，用以控制电荷自该光敏元件转移至该浮动扩散节点；一缓冲放大器，具有耦接至该浮动扩散节点的一输入端，该缓冲放大器用以根据在该浮动扩散节点上的一电压，产生一缓冲过的输出信号；一放大器电路；一第一
取样保持级；以及一第二取样保持级，其中该第一取样保持级与该第二取样保持级级联(cascade)连接于该缓冲放大器与该放大器电路之间；其中该第二取样保持级用以取样或用以取样保持该缓冲过的输出信号，而产生一第二取样保持信号，且，该第一取样保持级用以取样保持该第二取样保持信号，而产生一第一取样保持信号；其中该放大器电路分别独立电连接于该第一取样保持级的一输出端及该第二取样保持级的一输出端；其中于一全局曝光周期的一第一时段之内，该第二取样保持级取样具有一第一电压的该缓冲过的输出信号，以产生具有该第一电压的该第二取样保持信号，且，该第一取样保持级取样保持该第二取样保持信号，以产生具有该第一电压的该第一取样保持信号，其中该第一电压相关于该浮动扩散节点的一第一状态；其中于该全局曝光周期的一第二时段之内，该第二取样保持级取样保持具有一第二电压的该缓冲过的输出信号，以产生具有该第二电压的该第二取样保持信号，其中该第二电压相关于该浮动扩散节点的一第二状态；其中于该全局曝光周期的一第三时段之内，具有该第一电压的该第一取样保持信号与具有该第二电压的该第二取样保持信号分别通过该放大器电路而独立地被感测，由此分别产生对应的一第一输出信号与对应的一第二输出信号。
[0010]在一种较佳的实施型态中，该放大器电路在无需感测该第二取样保持信号的状况下，用以感测该第一取样保持信号，且，该放大器电路在无需感测该第一取样保持信号的状况下，用以感测该第二取样保持信号。
[0011]在一种较佳的实施型态中，该放大器电路包括：一第一读取放大器，其具有一输入端，该输入端用以接收该第一取样保持信号；以及一第二读取放大器，其具有一输入端，该输入端用以接收该第二取样保持信号；其中于一均等化时段之内，该第一取样保持信号与该第二取样保持信号彼此均等化，使得该第一取样保持级与该第二取样保持信号都具有一均等化的电压；其中于该全局曝光周期的一第四时段之内，该第一读取放大器感测具有该均等化的电压，以产生一第一偏移信号，且，该第二读取放大器感测具有该均等化的电压，以产生一第二偏移信号。
[0012]在一种较佳的实施型态中，一偏移补偿信号根据该第一输出信号、该第二输出信号、该第一偏移信号与该第二偏移信号而产生。
[0013]在一种较佳的实施型态中，该第一状态对应于一重置状态，其中在该重置状态中，发送一脉冲而控制该重置晶体管，使得该浮动扩散节点的电荷被完全地排空；以及其中该第二状态对应于一感测状态，其中在该感测状态中，在一曝光时段之后，发送一脉冲而控制该转移切换开关，使得该光敏元件内的电荷被完全地转移至该浮动扩散节点。
[0014]在一种较佳的实施型态中，该缓冲放大器包括一感测缓冲晶体管；其中该感测缓冲晶体管所具有的一栅极连接于该浮动扩散节点；其中该感测缓冲晶体管所具有的一源极连接于该缓冲放大器的一输出端，用以产生该缓冲过的输出信号；以及其中该感测缓冲晶体管所具有的一漏极连接于一缓冲供应信号。
[0015]在一种较佳的实施型态中，在该感测缓冲晶体管感测该浮动扩散节点的该第一状态或该第二状态之前，于该缓冲供应信号中产生一低位准脉冲，以重置该缓冲过的输出信号。
[0016]在一种较佳的实施型态中，该缓冲放大器还包括一电流源，该电流源连接于该感测缓冲晶体管的该源极。
[0017]在一种较佳的实施型态中，该第一读取放大器包括：一第一读取缓冲晶体管，其具有连接于该第一取样保持级的该输出端的一栅极；以及一第一读取开关，连接于该第一读取缓冲晶体管的一源极与该第一读取放大器的一输出端；其中该第二读取放大器包括：一第二读取缓冲晶体管，其具有连接于该第二取样保持级的该输出端的一栅极；以及一第二读取开关，连接于该第二读取缓冲晶体管的一源极与该第二读取放大器的一输出端。
[0018]在一种较佳的实施型态中，该感测缓冲晶体管与该第一读取缓冲晶体管具有彼此为互补的导电型，及/或该感测缓冲晶体管与该第二读取缓冲晶体管具有彼此为互补的导电型，使得该感测缓冲晶体管的一偏移位准与的该第一读取缓冲晶体管一偏移位准彼此抵消，及/或使得该感测缓冲晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素电路，包含：一光敏元件，用以根据入射光，产生电荷；一浮动扩散节点；一重置晶体管，用以将该浮动扩散节点的电荷排空；一转移切换开关，耦接于该光敏元件与该浮动扩散节点之间，用以控制电荷自该光敏元件转移至该浮动扩散节点；一缓冲放大器，具有耦接至该浮动扩散节点的一输入端，该缓冲放大器用以根据在该浮动扩散节点上的一电压，产生一缓冲过的输出信号；一放大器电路；一第一取样保持级；以及一第二取样保持级，其中该第一取样保持级与该第二取样保持级级联连接于该缓冲放大器与该放大器电路之间；其中该第二取样保持级用以取样或用以取样保持该缓冲过的输出信号，而产生一第二取样保持信号，且，该第一取样保持级用以取样保持该第二取样保持信号，而产生一第一取样保持信号；其中该放大器电路分别独立电连接于该第一取样保持级的一输出端及该第二取样保持级的一输出端；其中于一全局曝光周期的一第一时段之内，该第二取样保持级取样具有一第一电压的该缓冲过的输出信号，以产生具有该第一电压的该第二取样保持信号，且，该第一取样保持级取样保持该第二取样保持信号，以产生具有该第一电压的该第一取样保持信号，其中该第一电压相关于该浮动扩散节点的一第一状态；其中于该全局曝光周期的一第二时段之内，该第二取样保持级取样保持具有一第二电压的该缓冲过的输出信号，以产生具有该第二电压的该第二取样保持信号，其中该第二电压相关于该浮动扩散节点的一第二状态；其中于该全局曝光周期的一第三时段之内，具有该第一电压的该第一取样保持信号与具有该第二电压的该第二取样保持信号分别通过该放大器电路而独立地被感测，由此分别产生对应的一第一输出信号与对应的一第二输出信号。2.如权利要求1所述的像素电路，其中，该放大器电路在无需感测该第二取样保持信号的状况下，用以感测该第一取样保持信号，且，该放大器电路在无需感测该第一取样保持信号的状况下，用以感测该第二取样保持信号。3.如权利要求1所述的像素电路，其中，该放大器电路包括：一第一读取放大器，其具有一输入端，该输入端用以接收该第一取样保持信号；以及一第二读取放大器，其具有一输入端，该输入端用以接收该第二取样保持信号；其中于一均等化时段之内，该第一取样保持信号与该第二取样保持信号彼此均等化，使得该第一取样保持信号与该第二取样保持信号都具有一均等化的电压；其中于该全局曝光周期的一第四时段之内，该第一读取放大器感测具有该均等化的电压，以产生一第一偏移信号，且，该第二读取放大器感测具有该均等化的电压，以产生一第二偏移信号。4.如权利要求3所述的像素电路，其中，一偏移补偿信号根据该第一输出信号、该第二
输出信号、该第一偏移信号与该第二偏移信号而产生。5.如权利要求4所述的像素电路，其中，该第一状态对应于一重置状态，其中在该重置状态中，发送一脉冲而控制该重置晶体管，使得该浮动扩散节点的电荷被完全地排空；以及其中该第二状态对应于一感测状态，其中在该感测状态中，在一曝光时段之后，发送一脉冲而控制该转移切换开关，使得该光敏元件内的电荷被完全地转移至该浮动扩散节点。6.如权利要求5所述的像素电路，其中，该缓冲放大器包括一感测缓冲晶体管；其中该感测缓冲晶体管所具有的一栅极连接于该浮动扩散节点；其中该感测缓冲晶体管所具有的一源极连接于该缓冲放大器的一输出端，用以产生该缓冲过的输出信号；以及其中该感测缓冲晶体管所具有的一漏极连接于一缓冲供应信号。7.如权利要求6所述的像素电路，其中，在该感测缓冲晶体管感测该浮动扩散节点的该第一状态或该第二状态之前，于该缓冲供应信号中产生一低位准脉冲，以重置该缓冲过的输出信号。8.如权利要求6所述的像素电路，其中，该缓冲放大器还包括一电流源，该电流源连接于该感测缓冲晶体管的该源极。9.如权利要求3所述的像素电路，其中，该第一读取放大器包括：一第一读取缓冲晶体管，其具有连接于该第一取样保持级的该输出端的一栅极；以及一第一读取开关，连接于该第一读取缓冲晶体管的一源极与该第一读取放大器的一输出端；其中该第二读取放大器包括：一第二读取缓冲晶体管，其具有连接于该第二取样保持级的该输出端的一栅极；以及一第二读取开关，连接于该第二读取缓冲晶体管的一源极与该第二读取放大器的一输出端。10.如权利要求9所述的像素电路，其中，该感测缓冲晶体管与该第一读取缓冲晶体管具有彼此为互补的导电型，及/或该感测缓冲晶体管与该第二读取缓冲晶体管具有彼此为互补的导电型，使得该感测缓冲晶体管的一偏移位准与的该第一读取缓冲晶体管一偏移位准彼此抵消，及/或使得该感测缓冲晶体管的一偏移位准与的该第二读取缓冲晶体管一偏移位准彼此抵消。11.如权利要求3所述的像素电路，其中，该第一读取放大器的一输出端与该第二读取放大器的一输出端彼此短路连接于一像素线。12.如权利要求3所述的像素电路，其中，该第一读取放大器的一输出端连接于一第一像素线，且，该第二读取放大器的一输出端连接于一第二像素线。13.如权利要求1所述的像素电路，其中，通过一调整信号而调整该浮动扩散节点的一电容值，使得该像素电路操作于下列至少其中的一种模式中：(1)一低转换增益模式，其中该浮动扩散节点具有一第一等效电容值；(2)一高转换增益模式，其中该浮动扩散节点具有一第二等效电容值，其中该第二等效电容值小于该第一等效电容值；及/或(3)一高动态范围模式，其中该浮动扩散节点的该电容值在该第一等效电容值与该第二等效电容值间彼此切换。
14.如权利要求13所述的像素电路，其中，还包含：一调整开关，连接于该重置晶体管与该浮动扩散节点之间且受控制于该调整信号；以及一调整电容，连接于该重置晶体管与该调整开关彼此连接的一接合节点；其中当该调整开关为导通时，该浮动扩散节点具有该第一等效电容值，其中当该调整开关为不导通时，该浮动扩散节点具有该第二等效电容值。15.如权利要求14所述的像素电路，其中，当该像素电路操作于该低转换增益模式时，该调整开关为导通；其中，该第一状态对应于一重置状态，其中在该重置状态中，通过一脉冲而控制该重置晶体管，使得该浮动扩散节点的电荷被完全地排空；其中该第二状态对应于一感测状态，其中在该感测状态中，在一曝光时段之后，通过一脉冲而控制该转移切换开关，使得该光敏元件内的电荷被完全地转移至该浮动扩散节点；其中一低增益校正信号根据该第一输出信号与该第二输出信号而产生。16.如权利要求14所述的像素电路，其中，当该像素电路操作于该高转换增益模式时，该调整开关为不导通；其中，该第一状态对应于一重置状态，其中在该重置状态中，通过一脉冲而控制该重置晶体管，使得该浮动扩散节点的电荷被完全地排空；其中该第二状态对应于一感测状态，其中在该感测状态中，在一曝光时段之后，通过一脉冲而控制该转移切换开关，使得该光敏元件内的电荷被完全地转移至该浮动扩散节点；其中一高增益校正信号根据该第一输出信号与该第二输出信号而产生。17.如权利要求14所述的像素电路，其中，当该像素电路操作于该高动态范围模式时：其中，在一高转换增益次模式中，该第一状态对应于一感测状态，其中当该像素电路操作于该高转换增益次模式的该感测状态时，该调整开关为不导通，此时，在一曝光时段之后，通过一脉冲而控制该转移切换开关，使得该光敏元件内的电荷被完全地转移至具有该第二等效电容值的该浮动扩散节点；其中，在一低转换增益次模式中，该第二状态对应于一感测状态，其中当该像素电路操作于该低转换增益次模式的该感测状态时，该调整开关为导通，该浮动扩散节点内的电荷根据该第一等效电容值而被重新分配；其中一高动态范围信号根据该第一输出信号与该第二输出信号而产生。18.如权利要求14所述的像素电路，其中，该放大器电路包括：一读取放大器，用以感测具有该第一电压的该...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜文正，刘仁杰，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：