[發明專利]超高清CMOS圖像傳感器像素電路及其控制方法

在審

• 申請號: 201310382041.7
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104427270A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 鐘松延;蘇威積;裴彥杰;林秀春;肖鵬;張力;黃敏君;董一伯;杜麗;鄧超;劉攀;孟飛;董博;趙薇;牛坤;張健;劉雨睿;王東東;張春杰;黃傳鶴
• 申請（專利權）人: 北京計算機技術及應用研究所;北京航天愛威電子技術有限公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

1.一種超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，包括：感光元件、傳輸管、單通道電子倍增器、浮置擴散放大器、相關雙采樣電路、行選擇管、復位電路、模數轉換電路；

光電二極管與傳輸管的一端相連，傳輸管的另一端與單通道電子倍增器相連，浮置擴散放大器的一端連接單通道電子倍增器，另一端連接相關雙采樣電路、復位電路；相關雙采樣電路連接行選擇管、復位電路，行選擇管連接模數轉換電路；

所述感光元件產生電子，在電子快門開啟時，傳輸管關閉，相關雙采樣電路采樣單通道電子倍增器和浮置擴散放大器產生的噪音信號，得到第一采樣信號，行選擇管將第一采樣信號傳輸到模數轉換電路；在電子快門復位后，傳輸管開啟，電子進入單通道電子倍增器，單通道電子倍增器對電子進行倍增，浮置擴散放大器將倍增后的電子轉換為電壓信號，相關雙采樣電路對電壓信號進行采樣得到第二采樣信號，并輸出到模數轉換電路；模數轉換電路根據第一采樣信號、第二采樣信號進行相關雙采樣處理，得到圖像信號。

2.根據權利要求1所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述感光元件為N⁺P結的光電二極管，并采用淺的N⁺P結與深的N阱P結復合的結構。

3.根據權利要求2所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述光電二極管表面的微透鏡表面覆蓋有Si₃N₄減反射膜。

4.根據權利要求1、2或3所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述相關雙采樣電路包括：第一開關管、第二開關管、第一采樣電容、第二采樣電容；第一開關管與第二開關管、第一采樣電容進行連接，第二開關管與第二采樣電容進行連接，第一開關管連接浮置擴散放大器的另一端；第二采樣電容與行選擇管相連；

復位電路通過浮置擴散放大器發送復位信號到第一采樣電容和第二采樣電容上，以將第一采樣電容和第二采樣電容的信號復位。

5.根據權利要求4所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述第一采樣電容、所述第二采樣電容的電容大小相等。

6.根據權利要求1、2、3或5所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述單通道電子倍增器由硅導電層和SiO₂二次電子發射倍增層組成。

7.根據權利要求1、2、3或5所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述單通道電子倍增器的孔徑為6～45m，端面上的開口面積比為55%～80%；微通道與端面具有7～15的偏置角，長徑比為40～50。

8.根據權利要求1、2、3或5所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路，其特征在于，所述模數轉換電路以如下方式進行相關雙采樣處理：

(V_RST-(2V_RST-V_signal)/2)*2＝V_signal

其中：

V_RST，第一采樣信號；

(2V_RST-V_signal)/2，第二采樣信號；

V_signal，圖像信號。

9.一種超高清CMOS圖像傳感器像素電路的控制方法，其特征在于，包括：

步驟一，感光元件產生電子，電子快門開啟，傳輸管關閉，相關雙采樣電路采樣單通道電子倍增器和浮置擴散放大器產生的噪音信號，得到第一采樣信號；

步驟二，行選擇管開啟，將第一采樣信號傳輸到模數轉換電路；

步驟三，電子快門復位，傳輸管開啟，電子進入單通道電子倍增器，單通道電子倍增器對電子進行倍增，浮置擴散放大器將倍增后的電子轉換為電壓信號，相關雙采樣電路對電壓信號進行采樣得到第二采樣信號，并輸出到模數轉換電路；

步驟四，模數轉換電路根據第一采樣信號、第二采樣信號進行相關雙采樣處理，得到圖像信號。

10.根據權利要求9所述的超高清CMOS圖像傳感器像素電路的控制方法，其特征在于，所述步驟四中，包括：模數轉換電路以如下方式進行相關雙采樣處理：

(V_RST-(2V_RST-V_signal)/2)*2＝V_signal

其中：

V_RST，第一采樣信號；

(2V_RST-V_signal)/2，第二采樣信號；

V_signal，圖像信號。