[發明專利]一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路

無效

• 申請號: 201310719144.8
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103686005A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 駱麗;李瑞菁
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/3745;H01L27/146
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于CMOS（Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器領域，尤其涉及一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路。

背景技術

近年來，基于壓縮傳感理論的信號采樣、處理方式不斷發展，對像素單元電路提出了更高的要求，要求像素單元電路中同一個光照信息能在不同時刻參與運算多次，以完成和測量矩陣的相關運算。

根據晶體管的數量不同，當前像素單元電路結構主要分為三管有源像素、四管有源像素等類型，其中，四管有源像素在CMOS圖像傳感器中應用最廣泛。

傳統的四管結構CMOS圖像傳感器像素單元電路如圖1所示，包括：復位晶體管M_RST，傳輸門晶體管M_TX，源跟隨晶體管M_SF，行選通晶體管M_RS及用于感受光信號的光電二極管PD，FD為浮動擴散節點，V_out為像素單元輸出端。復位晶體管M_RST位于電源正極VDD和浮動擴散節點FD之間，傳輸門晶體管M_TX位于浮動擴散節點和光電二極管PD之間，光電二極管PD位于傳輸門晶體管M_TX和地之間，源跟隨晶體管M_SF位于電源正極VDD和行選通晶體管M_RS之間，行選通晶體管M_RS位于源跟隨晶體管M_SF與像素單元輸出端V_out之間，浮動擴散節點FD與源跟隨晶體管M_SF的柵極相連。給復位晶體管M_RST施加復位信號RST，傳輸門晶體管M_TX施加傳輸信號TX，行選通晶體管M_RS施加行選通信號RS。

圖1中VDD是外部提供給像素單元電路的電源電壓，控制復位晶體管M_RST、傳輸門晶體管M_TX、行選通晶體管M_RS的導通與截止來實現像素單元電路的信號輸出。因為傳統四管結構CMOS圖像傳感器主要只利用光電二極管PD存儲電荷，所以像素單元電路存儲的光照信息只能被輸出一次。

發明內容

本發明為解決現有像素單元電路只能將存儲的光照信息輸出一次的技術問題，提供了一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路。

一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，具有六管結構：

所述像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。

進一步的，所述六管結構的像素單元電路包括：啟動晶體管、傳輸門晶體管、光電二極管、電容充電選通晶體管、存儲電容、電容放電選通晶體管、源跟隨晶體管、像素選通晶體管；所述啟動晶體管位于電源正極和浮動擴散節點之間；傳輸門晶體管位于浮動擴散節點和光電二極管之間；光電二極管位于傳輸門晶體管和地之間；電容充電選通晶體管位于浮動擴散節點和存儲電容上極板之間；存儲電容上極板連接在電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管之間，下極板接地；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間；源跟隨晶體管位于電源正極和像素選通晶體管之間；像素選通晶體管位于源跟隨晶體管和像素單元輸出端之間。

進一步的，該像素單元電路還包括：給啟動晶體管施加啟動信號、傳輸門晶體管施加傳輸信號、電容充電選通晶體管施加電容充電選通信號、電容放電選通晶體管施加電容放電選通信號、像素選通晶體管施加像素選擇輸出信號。

本發明像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。本發明增加了像素單元內存儲瞬時光照信息的功能，同時增加了多次選擇性輸出固定瞬時光照信息的功能。

附圖說明

圖1是現有技術提供的四管結構像素單元電路示意圖；

圖2是本發明實施例提供的六管結構具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路示意圖；

圖3是本發明實施例提供的控制單元產生的控制信號波形圖；

圖4是本發明實施例提供的控制單元控制像素單元工作的流程圖。

具體實施方式