[發明專利]圖像傳感器及其操作方法

有效

• 申請號: 201410006114.7
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN104282700B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 特呂格弗·維拉森
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/378;H04N5/353
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 齊楊

技術領域

本發明大體上涉及圖像傳感器。更具體來說，本發明的實施例涉及用低供應電壓從圖像傳感器像素單元讀出圖像數據的電路。

背景技術

圖像傳感器已變得普遍存在。它們廣泛用于數碼相機、蜂窩式電話、安全相機以及醫療、汽車和其它應用。用于制造圖像傳感器且具體來說制造金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器的技術已不斷快速進步。舉例來說，對更高分辨率和更低電力消耗的需求已促進這些圖像傳感器的進一步微型化和集成。

在常規的CMOS有源像素傳感器中，從光敏裝置(例如，光電二極管)傳送圖像電荷，且圖像電荷被轉換為浮動擴散節點上的像素單元內的電壓信號。當浮動擴散處的電位高于光敏裝置的釘扎電壓(例如，V_PIN)時，圖像電荷可以被從光敏裝置有效地傳送到浮動擴散。浮動擴散電壓擺動與釘扎電壓的總和通常將有源像素傳感器的供應電壓限制到最小2.5伏到3伏。然而，隨著對有源像素傳感器的進一步微型化的需要在增加，所以不斷地需要具有小于2.5伏到3伏的供應電壓的有源像素傳感器。

發明內容

在一個實施例中，本申請案提供一種圖像傳感器，其包括：像素陣列，其包含多個像素單元，其中所述多個像素單元中的每一者包含：浮動擴散節點；光敏元件，其經耦合以將圖像電荷選擇性地轉移到所述浮動擴散節點；以及反饋耦合電容器，其耦合在所述浮動擴散節點與輸出線之間；位線，其經耦合以選擇性地讀出從所述多個像素單元的群組中的每一者輸出的圖像數據；以及積分器，其電容性地耦合到所述位線，其中所述積分器經耦合以響應于所述圖像數據而在所述輸出線上輸出輸出信號，其中所述輸出線上的所述輸出信號通過所述反饋耦合電容器而電容性地耦合到所述浮動擴散節點，以響應于所述輸出信號而抑制所述多個像素單元的所述群組中的每一者的所述浮動擴散節點處的電位擺動。

在另一實施例中，本申請案提供一種成像系統，其包括：像素陣列，其包含多個像素單元，其中所述多個像素單元中的每一者包含：浮動擴散(″FD″)節點；光敏元件，其經耦合以將圖像電荷選擇性地轉移到所述浮動擴散節點；以及反饋耦合電容器，其耦合在所述浮動擴散節點與輸出線之間；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；以及讀出電路，其包含積分器，所述積分器電容性地耦合到位線以選擇性地讀出從所述多個像素單元的群組中的每一者輸出的圖像數據，其中所述積分器經耦合以響應于所述圖像數據而在所述輸出線上輸出輸出信號，其中所述輸出線上的所述輸出信號通過所述反饋耦合電容器而電容性地耦合到所述浮動擴散節點，以響應于所述輸出信號而抑制所述多個像素單元的所述群組中的每一者的所述浮動擴散節點處的電位擺動。

在又一實施例中，本申請案提供一種操作圖像傳感器的方法，所述方法包括：復位圖像傳感器像素單元中的光敏元件和浮動擴散節點；在所述光敏元件中累積圖像電荷；將所述圖像電荷從所述光敏元件轉移到所述浮動擴散節點；響應于所述浮動擴散節點處的所述圖像電荷而在位線上產生圖像數據；響應于所述圖像數據，用積分器對所述位線上的所述圖像數據進行積分，以在所述積分器的輸出線上產生輸出信號；以及用所述輸出線與所述浮動擴散節點之間的電容性反饋耦合來抑制所述浮動擴散節點處的電位擺動。

附圖說明

參考下圖描述本發明的非限制和非詳盡的實施例，其中所有各圖中相同參考數字指代相同部分，除非另有規定。

圖1是說明根據本發明的教示的具有抑制浮動擴散節點處的電位擺動的讀出架構的圖像傳感器的一個實例的示意圖。

圖2是說明根據本發明的教示的包含抑制像素陣列中的像素單元的浮動擴散節點處的電位擺動的讀出架構的實例成像系統的框圖。

圖3說明根據本發明的教示的抑制像素陣列的浮動擴散節點處的電位擺動的實例性讀出架構中的信號的時序圖。

在所有若干圖式中，對應的參考符號指示對應的組件。所屬領域的技術人員將了解，圖中的元件是出于簡單和清楚的目的進行說明，且不一定按比例繪制。舉例來說，圖中的一些元件的尺寸可相對于其它元件進行夸示，從而幫助提高對本發明的各種實施例的理解。而且，在商業可行的實施例中有用或者必需的常見但眾所周知的元件常常不予描繪，以便促進對本發明的這些各種實施例的無障礙的觀看。

具體實施方式

在以下描述中，陳述眾多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將明白，不需要使用所述具體細節來實踐本發明。在其它實例中，未詳細描述眾所周知的材料或方法，以便避免混淆本發明。