图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种图像传感器。图像传感器包括第一像素电路以及斜坡信号产生器。第一像素电路包括第一像素单元、第一传送晶体管、第一读出晶体管、第一斜坡电容以及第一复位晶体管。第一传送晶体管耦接在第一像素单元以及第一浮动扩散节点。第一读出晶体管耦接第一浮动扩散节点。第一斜坡电容耦接第一浮动扩散节点，并且接收第一斜坡信号。第一复位晶体管耦接第一浮动扩散节点，并且接收复位信号。斜坡信号产生器耦接第一斜坡电容，并且用以提供第一斜坡信号。第一斜坡信号在复位期间以及在读出期间中的至少其中之一的电压范围或计数结果具有偏移。果具有偏移。果具有偏移。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器


[0001]本专利技术涉及一种传感器，尤其涉及一种图像传感器及其操作方法。

技术介绍

[0002]一般的图像传感器的像素电路在读出传感单元的过程中，可能搭配斜坡信号来读出传感单元的传感结果。然而，一般的斜坡信号产生器所产生的斜坡信号可能在最高有效比特(Most Significant Bit，MSB)以及最低有效比特(Least Significant Bit，LSB)的边界处或是某些比特发生毛刺(glitch)(或称突波(spike))的现象，而导致读出的传感结果在对应于某些特定的数值的部分发生失真的情况。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种图像传感器及其操作方法，可提供有效的图像传感功能。
[0004]本专利技术的图像传感器包括第一像素电路、斜坡信号产生器以及斜坡信号控制器。第一像素电路包括第一像素单元、第一传送晶体管、第一读出晶体管、第一斜坡电容以及第一复位晶体管。第一传送晶体管耦接在第一像素单元以及第一浮动扩散节点。第一读出晶体管耦接第一浮动扩散节点。第一复位晶体管耦接第一浮动扩散节点，并且接收复位信号。第一斜坡电容耦接第一浮动扩散节点，并且接收第一斜坡信号。斜坡信号产生器耦接第一斜坡电容，并且用以提供第一斜坡信号。斜坡信号控制器耦接斜坡信号产生器。第一斜坡信号借由斜坡信号控制器额外产生偏移电压，使得像素电路在复位期间以及在读出期间中的至少其中之一的电压范围或计数结果具有偏移。
[0005]本专利技术的图像传感器包括第一像素电路以及斜坡信号产生器。第一像素电路包括第一像素单元、第一传送晶体管、第一读出晶体管、第一斜坡电容以及第一复位晶体管。第一传送晶体管耦接在第一像素单元以及第一浮动扩散节点。第一读出晶体管耦接第一浮动扩散节点。第一斜坡电容耦接第一浮动扩散节点，并且接收第一斜坡信号。第一复位晶体管耦接第一浮动扩散节点，并且接收复位信号。斜坡信号产生器耦接第一斜坡电容，并且用以提供第一斜坡信号。读出电路耦接第一像素电路，并且用以在复位期间以及读出期间中，分别读出第一像素单元的第一模拟信号以及第二模拟信号，并且分别当第一浮动扩散节点超过参考电压时根据当下一计数信号的计数值来取得对应的第一数字值以及第二数字值。数字电路耦接读出电路，并且用以提供计数信号至读出电路。数字电路将第二数字值相减于第一数字值，以产生传感值。在产生传感值之前，数字电路可根据偏移值来修改第一数字值以及第二数字值的至少其中之一。
[0006]基于上述，本专利技术的图像传感器及其操作方法可有效消除或降低斜坡信号的波纹(ripple)现象对于读出图像传感结果的影响。
[0007]为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0008]图1是本专利技术的一实施例的图像传感器的电路示意图；
[0009]图2是本专利技术的一实施例的光子转换曲线的示意图；
[0010]图3是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0011]图4是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0012]图5是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0013]图6是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0014]图7A是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0015]图7B是本专利技术的一实施例的斜坡信号的波形示意图；
[0016]图8是本专利技术的另一实施例的图像传感器的电路示意图；
[0017]图9是本专利技术的一实施例的多个信号及电压的波形示意图；
[0018]图10是本专利技术的一实施例的操作方法的流程图。
[0019]附图标记说明
[0020]100、800:图像传感器；
[0021]110、811、812:像素电路；
[0022]120、820:斜坡信号产生器；
[0023]130、830:读出电路；
[0024]140、840:数字电路；
[0025]T1、T1_P、T1_N:读出晶体管；
[0026]T2、T2_P、T2_N:选择晶体管；
[0027]T3、T3_P、T3_N:传送晶体管；
[0028]T4、T4_P、T4_N:复位晶体管；
[0029]TX、TX_P、TX_N:传送信号；
[0030]RST:复位信号；
[0031]VDD:操作电压；
[0032]FD_P、FD_N:浮动扩散节点；
[0033]SEL:选择信号；
[0034]Cr、Cr_P、Cr_N:斜坡电容；
[0035]Sout:输出端；
[0036]PD、PD0、PD1:像素单元；
[0037]S1、S2、S3、S4、S5、Ramp1、Ramp2:斜坡信号；
[0038]V_PD0、V_PD1、V_FD_P、V_FD_N:电压；
[0039]Comp_out:输出电压。
具体实施方式
[0040]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
[0041]图1是本专利技术的一实施例的图像传感器的电路示意图。图2是本专利技术的一实施例的光子转换曲线的示意图。参考图1，图像传感器100包括像素电路110、斜坡信号产生器120、
读出电路130以及数字电路140。像素电路110包括像素单元PD、读出晶体管T1、选择晶体管T2、传送晶体管T3、复位晶体管T4以及斜坡电容Cr。像素电路110耦接斜坡信号产生器120以及读出电路130，并且读出电路130耦接数字电路140。在本实施例中，读出电路130可包含斜坡式模拟数字转换器(ramp
‑
type ADC)，并且用以将像素单元PD的传感结果转换为数字信号并传送至数字电路，其中模拟数字转换所需的斜坡信号由斜坡信号产生器120提供至像素电路110。
[0042]在本实施例中，图像传感器100执行数字相关双取样(Digital Correlated Double Sampling,DDS)操作，并且可执行黑电平校正(Black Level Correction，BLC)操作。读出电路130可用以在复位期间以及读出期间中，分别读出像素单元PD的第一模拟信号(参考信号)以及第二模拟信号(传感信号)，并且分别转换为第一数字值以及第二数字值。数字电路140可将第二数字值相减于第一数字值，以产生传感值。数字电路140可通过斜坡信号的电压偏移使第二数字值增加，进而使传感值增加。或者，数字电路140可通过斜坡信号的电压偏移使第二数字值减少，进而使传感值减少。或者，数字电路140可通过斜坡信号的电压偏移使第一数字值增加，进而使传感值下降。再或者，数字电路140可通过斜坡信号的电压偏移使第一数字值减少，进而使传感值增加。此外，计数值的偏移亦可达到黑电平校正(BLC)的效果。
[0043]在本实施例中，数字电路14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，其特征在于，包括：第一像素电路，包括：第一像素单元；第一传送晶体管，耦接在所述第一像素单元以及第一浮动扩散节点；第一读出晶体管，耦接所述第一浮动扩散节点；第一斜坡电容，耦接所述第一浮动扩散节点，并且接收第一斜坡信号；第一复位晶体管，耦接所述第一浮动扩散节点，并且接收第一复位信号；以及斜坡信号产生器，耦接所述第一斜坡电容，并且用以提供所述第一斜坡信号；以及斜坡信号控制器，耦接所述斜坡信号产生器，其中所述图像传感器为数字相关双取样电路，所述第一斜坡信号借由所述斜坡信号控制器额外产生偏移电压，使得所述像素电路在复位期间以及在读出期间中的至少其中之一的电压范围或计数结果具有偏移。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述斜坡信号产生器根据数字值在所述读出期间提供所述偏移电压。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述斜坡信号产生器根据数字值在所述复位期间提供所述偏移电压。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述斜坡信号产生器根据数字值在所述读出期间提供所述偏移电压，并且所述偏移电压为变动值。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述斜坡信号产生器根据数字值在所述复位期间中提供第一偏移电压以及在所述读出期间中提供第二偏移电压，其中所述第一偏移电压与第二偏移电压相等，并且所述第一偏移电压及第二偏移电压分别为变动值。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压为逐帧改变的变动值。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压基于规律的三角波进行逐帧改变。8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压基于乱数进行逐帧改变。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压为像素阵列中逐列而且逐帧改变的变动值。10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压基于规律的三角波进行逐列且逐帧的改变，并且同一列在不同帧时的值也不相同。11.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述偏移电压基于乱数进行逐列且逐帧的改变，并且同一列在不同帧时的值也不相同。12.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一斜坡信号由折迭式数字模拟转换器产生。13.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一斜坡信号由片断式数字模拟转换器产生。14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像传感器执行光子转换测试，以使数字电路根据在连续传感期间所产生的多个传感值来产生光子转换曲线。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器执行黑电平校正操作。16.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：印秉宏，王佳祥，戴士展，
申请(专利权)人：广州印芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：