[發明專利]一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器及其驅動方法

有效

• 申請號: 01129269.5
• 申請日: 2001-06-19
• 公開（公告）號: CN1330411A
• 公開（公告）日: 2002-01-09
• 發明（設計）人: 李瑞圭
• 申請（專利權）人: 皮克斯爾普拉斯有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/092
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉世長

本發明涉及一種圖像傳感器，尤其是指一種由互補金屬氧化物半導體(CMOS)像素構成的圖像傳感器及其驅動方法。

圖像傳感器通過利用半導體材料的能量響應特性攝取圖像，以探測能量(例如光)。一般說來傳感器可以分成兩類：一類為CMOS圖像傳感器，另一類為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。CMOS圖像傳感器可以由單一電源驅動，因此，與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器具有耗電省及體積小的優點。所以CMOS圖像傳感器較為常用。

圖1顯示了一種傳統的圖像傳感器。傳統的CMOS圖像傳感器含有一個像素傳感器101及一個雙取樣電路103。根據傳統的圖像傳感器，當復位信號RS達到邏輯“高”時，則復位晶體管101a導通，節點N101上的電壓升高。然后經由驅動晶體管101c和選擇晶體管101d，復位數據(此時電壓約為VDD)傳輸至數據輸入/輸出(I/O)線DIO。如果當復位信號RS達到邏輯“低”以及控制信號TX達到邏輯“高”，則復位晶體管101a斷開，而傳輸晶體管101b導通。經由驅動晶體管101c和選擇晶體管101d，光電二極管101e中的信號數據傳輸至數據I/O線DIO。然后，傳輸至數據I/O線DIO的復位數據和信號數據被與數據I/O線DIO連接的雙取樣電路103完成取樣。

傳統的圖像傳感器中，信號數據完成取樣和輸出是在復位數據被取樣和輸出之后，所以信號數據往往在數據I/O線DIO中留存下來。

根據傳統的CMOS圖像傳感器，雙取樣電路103包括取樣晶體管103a、輔助電容103b、耦合電容103c及預充電晶體管103d。取樣晶體管103a將被取樣的信號數據從數據I/O線DIO中清除掉，從而通過輸出終端DQ就能產生一個電壓穩定的輸出信號Vout。輔助電容103b用來防止節點N103成為懸浮電壓。如果輔助電容103b未設置，則當取樣晶體管103a斷開時，節點N103處就成了懸浮電壓。輔助電容103b和耦合電容103c產生的有效電容量大約等于輸出電路105中的輸出電容105a的電容量。預充電晶體管103d使側端耦合電容103c以參考電壓VR預充電，該電壓低于(VDD-Vth)。

不過傳統的CMOS圖像傳感器也存在一個問題，即需要很大的配置面積。也就是說，其配置面積要容得下安裝取樣晶體管103a、輔助電容103b和產生參考電壓VR的參考電壓產生電路(圖中未畫出)。

為解決上述問題，本發明的主要目的在于提供一種CMOS圖像傳感器，使其配置面積減小。

本發明的另一個目的是提供一種該CMOS圖像傳感器的驅動方法。

為實現頭一個目標，本發明提供了一種信號數據輸出先于復位數據輸出的CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器包括一個像素傳感器、一條數據I/O線、一個雙取樣電路和一個輸出電路。該像素傳感器產生信號數據和復位數據。該信號數據的電壓取決于所接收到的外來能量所誘發的光電荷總量，而復位數據則在復位模式下產生。數據I/O線傳輸信號數據和在像素傳感器中產生的復位數據。雙取樣電路將數據I/O線傳輸來的信號數據和復位數據完成取樣，并驅動輸出終端。在此情況下，該雙取樣電路將信號數據在復位數據之前完成取樣。輸出電路則輸出與輸出終端的電壓相關的數據。

為實現第二個目標，本發明提供了一種CMOS圖像傳感器的驅動方法，該CMOS圖像傳感器具備大量的以行列配置的像素傳感器，在復位模式期間產生復位數據，并產生信號數據，該信號數據取決于從外部能源接收到的能量所誘發的光電荷總量。本方法包括：(a)產生一個讀入信號，從而觸發一個行選擇信號來選擇行；(b)觸發一個數據輸出信號；(c)對數據輸出信號作出響應，輸出信號數據；(d)在步驟(c)之后啟動復位模式；(e)輸出復位數據。

有關本發明的上述目標及進一步的目標、特點和優點等，會由于以下的描述及相伴的附圖而變得更為清晰。附圖中的數碼標號與文中相同，表示相關的部件。

圖1表示傳統的CMOS圖像傳感器；

圖2為根據本發明優先實施例而畫出的介紹CMOS圖像傳感器的電路圖；

圖3為解釋本發明中CMOS圖像傳感器啟動后所提供或產生的主信號和節點電壓的同步信號圖。

圖2為根據本發明優先實施例考慮而畫出的介紹CMOS圖像傳感器的電路圖。參照圖2，CMOS圖像傳感器包括一個像素傳感器201、數據I/O線DIO、雙取樣電路203和輸出電路205。