改善感测效率的感测电路及其运行方法技术

一种改善像素感测效率的电路，其利用电容的感应效果来复制多余电子造成的电压差异，并在读出像素资料的时候使用电路将所述电压差异扣除，以改善感测效率。以改善感测效率。以改善感测效率。

【技术实现步骤摘要】
改善感测效率的感测电路及其运行方法
[0001]本申请是申请号为201910419009.9、申请日为2019年05月20日、名称为“改善像素感测效率的电路”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术是关于一种改善像素感测效率的电路，藉由电容的感应效果或相邻像素来复制多余电子造成的电压差异，最后在下游电路将其消除，藉此来改善感测效率。本专利技术特别适合用于各式光传感器，包含前照式传感器、背照式传感器以及全局快门传感器。

技术介绍

[0003]习知的传感器，都会受到环境噪声的影响，而使感测效率降低。以光传感器为例，例如全局快门传感器，由于其全局快门的特性，传感器的所有感光像素会同时完成曝光，曝光数据经暂存后再分批读出。由于不同像素的读出会有时间差异，同时在读出过程中，感光元件仍然可能受到外界光线的持续刺激而产生非预期的感光噪声，因此越晚读出的曝光数据越容易受到此类感光噪声的影响。由于感光噪声的成份与曝光数据的成份相同，都是电荷，因此一旦电荷形式的曝光数据被感光噪声污染，就无法将其分离，造成最终影像讯号的失真，也即感测效率会降低。
[0004]类似的状况也可能出现在滚动快门传感器，只是其等待时间较短，受到外界光线的影响程度可能会略小。
[0005]为了解决此类问题，本专利技术提供了感测电路上的改良，藉由电容的感应效果或相邻像素来复制多余电子造成的电压差异，最后在下游电路将其消除，藉此来改善感测效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术是关于一种改善像素感测效率的电路，藉由电容的浮动效应，将电容设置在讯号路径上，与浮动扩散节点储存的电荷产生感应，或者设置多个相同的电容。藉由前述方式，使电容在等待感光讯号被读出的阶段时，能够同步感应感光噪声所造成的电荷改变，进而在读取讯号的时候，将感光噪声所引起的影响抵消。
[0007]本专利技术还关于一种改善像素感测效率的电路，藉由设置两级浮动扩散节点，其中一级储存重置讯号(Vrst)，另外一级储存感光讯号(Vsig)，并同时各配置至少一个对应的电容，其具有相同的物理特性，例如面积与形状、参杂杂质的浓度分布与制造程序等，藉此让来到浮动扩散节点区域的电荷能够转换成电压储存在电容当中，而后当感光噪声所产生的电荷引起反应时，会同时在这些电容形成相同的影响，最终可以互相抵消，藉此改善感测效率。
[0008]本专利技术还关于一种改善像素感测效率的电路，藉由在浮动扩散节点的位置耦合一个电容，该电容的二个电极其中一者耦合到浮动扩散节点，另外一者耦合到后级或重置电压。所述电容的两电极具有相同的物理特性，例如面积与形状、参杂杂质的浓度分布与制造程序等，藉此当感光噪声所产生的电荷引起反应时，会同时在所述电容的两端形成相同的
影响，最终可以互相抵消，藉此改善感测效率。
[0009]本专利技术还关于一种感测电路的運作方法，其根据行译码器的控制讯号控制相同像素电路中的某些晶体管从曝光至讯号读出期间始终导通或关闭，以操作于不同的快门模式，达到节省功耗的效果。
[0010]本专利技术还关于一种感测电路，其在一个像素中配置两个并联的浮动扩散节点以抵消感光噪声所产生的电荷影响，藉此来改善感测效率。
[0011]本专利技术还关于一种像素电路，其利用相邻像素的两个浮动扩散节点来抵消感光噪声所产生的电荷影响，藉此来改善感测效率。
[0012]本专利技术提供一种感测电路，包含光二极管、具有第一重置电压的第一电压源、具有第二重置电压的第二电压源、电容、支持晶体管以及读取电路。所述电容具有第一电极及第二电极，所述第一电极耦接浮动扩散节点并在暂存期间开始时具有所述光二极管在曝光期间产生的感光电压，所述第二电极在所述暂存期间开始时具有所述第二重置电压，其中所述第一电极与所述第二电极具有相同物体特性。所述支持晶体管连接于所述电容的所述第二电极与所述第二电压源之间。所述读取电路用于经过所述暂存期间后且在所述支持晶体管导通时读取所述电容的所述第一电极的第一读出电压，在所述第一读出电压读出后且在所述电容的所述第一电极连接至所述第一电压源时读取所述电容的所述第一电极的第二读出电压及计算所述第一读出电压与所述第二读出电压的电压差，以消除所述暂存期间所产生的噪声电压。
[0013]本专利技术还提供一种感测电路的運作方法，该感测电路包含光二极管、耦接于所述光二极管与第一重置电压之间的重置晶体管、具有耦接浮动扩散节点的第一电极及与所述第一电极具有相同物体特性的第二电极的电容、耦接于所述光二极管与所述浮动扩散节点之间的转移控制晶体管以及耦接于所述第二电极与第二重置电压之间的支持晶体管。所述運作方法包含：通过导通所述重置晶体管、所述转移控制晶体管及所述支持晶体管以重置所述第一电极至所述第一重置电压并重置所述第二电极至所述第二重置电压；曝光所述光二极管并通过关闭所述重置晶体管以在所述浮动扩散节点储存感光电压；在所述重置晶体管、所述转移控制晶体管及所述支持晶体管关闭的暂存期间在所述浮动扩散节点储存所述感光电压；在所述支持晶体管开启后但所述重置晶体管及所述转移控制晶体管仍关闭时从所述浮动扩散节点读取所述感光电压；通过导通所述重置晶体管、所述转移控制晶体管及所述支持晶体管以再次重置所述电容的所述第一电极及所述第二电极；以及在所述重置晶体管及所述转移控制晶体管被关闭后但所述支持晶体管仍然开启时从所述浮动扩散节点读取所述第一重置电压。
[0014]本专利技术提供一种感测电路，包含光二极管、电容以及支持晶体管。所述电容电容具有第一电极及第二电极，所述第一电极耦接浮动扩散节点并在暂存期间开始时具有所述光二极管产生的感光电压，所述第二电极在所述暂存期间开始时具有第二重置电压，其中所述第一电极与所述第二电极具有相同物体特性以接受所述暂存期间来自感光噪声的相同影响。所述支持晶体管连接于所述电容的所述第二电极与所述第二重置电压之间。
[0015]本专利技术所提供的技术手段也可适用到其他能够使用本专利技术的感测电路当中，藉此改善感测效率。本专利技术特别适用在全局快门传感器，因为其全部像素是在同一时间完成曝光，而后再分批读出，越后读出的讯号越可能受到影响。本专利技术除可适用于前照式传感器以
外，也特别适合用在背照式传感器，因为其受光面积比例较大，有更多环境光可能会引起噪声。
[0016]为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本专利技术的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。
附图说明
[0017]图1A是本专利技术第一实施例的感测电路；
[0018]图1B是图1A的感测电路的晶体管的运作示意；
[0019]图2A是本专利技术第二实施例的感测电路；
[0020]图2B是图2A的感测电路的晶体管的运作示意图；
[0021]图2C是图2A的感测电路的电容电极的电压变化的时序图；
[0022]图3A是本专利技术第三实施例的感测电路；
[0023]图3B是图3A的感测电路的晶体管的运作示意图；
[0024]图3C是图3A的感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种感测电路，该感测电路包含：光二极管；第一电压源，该第一电压源具有第一重置电压；第二电压源，该第二电压源具有第二重置电压；电容，该电容具有第一电极及第二电极，所述第一电极耦接浮动扩散节点并在暂存期间开始时具有所述光二极管在曝光期间产生的感光电压，所述第二电极在所述暂存期间开始时具有所述第二重置电压，其中所述第一电极与所述第二电极具有相同物体特性；支持晶体管，该支持晶体管连接于所述电容的所述第二电极与所述第二电压源之间；以及读取电路，该读取电路用于经过所述暂存期间后且在所述支持晶体管导通时读取所述电容的所述第一电极的第一读出电压，在所述第一读出电压读出后且在所述电容的所述第一电极连接至所述第一电压源时读取所述电容的所述第一电极的第二读出电压，及计算所述第一读出电压与所述第二读出电压的电压差，以消除所述暂存期间所产生的噪声电压。2.根据权利要求1所述的感测电路，其中，所述曝光期间中，所述支持晶体管导通，以维持所述电容的所述第二电极在所述第二重置电压。3.根据权利要求1所述的感测电路，其中，所述第一电极与所述第二电极具有相同面积、相同形状以及相同参杂杂质的浓度。4.根据权利要求1所述的感测电路，还包含：重置晶体管，耦接于所述光二极管与所述第一电压源之间；及转移控制晶体管，耦接于所述光二极管与所述浮动扩散节点之间。5.根据权利要求4所述的感测电路，其中，所述重置晶体管及所述转移控制晶体管在所述曝光期间开启，且所述重置晶体管及所述转移控制晶体管在所述暂存期间关闭。6.根据权利要求4所述的感测电路，还包含：第一源极随耦器，耦接于所述光二极管与所述转移控制晶体管之间；及第二源极随耦器，耦接于所述浮动扩散节点与所述读取电路之间。7.一种感测电路的运行方法，所述感测电路包含光二极管、耦接于所述光二极管与第一重置电压之间的重置晶体管、具有耦接浮动扩散节点的第一电极及与所述第一电极具有相同物体特性的第二电极的电容、耦接于所述光二极管与所述浮动扩散节点之间的转移控制晶体管以及耦接于所述第二电极与第二重置电压之间的支持晶体管，所述运行方法包含：通过导通所述重置晶体管、所述转移控制晶体管及所述支持晶体管以重置所述第一电极至所述第一重置电压并重置所述第二电极至所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宽，邱奕诚，郭家祺，邱瑞德，刘汉麒，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：