[發明專利]CMOS圖像傳感器及其復位噪聲評估方法

有效

• 申請號: 201610019409.7
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105681692B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 金忠芳
• 申請（專利權）人: 珠海艾思克科技有限公司
• 主分類號: H04N5/363
• 分類號: H04N5/363;H04N5/3745
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 林永協

本發明提供的CMOS圖像傳感器及其復位噪聲評估方法，CMOS圖像傳感器包括像元電路、差分電路、模數轉換電路和存儲器，其中，像元電路包括光電二極管、復位晶體管、傳輸晶體管、存儲電容、第一緩沖放大電路和第二緩沖放大電路，傳輸晶體管的輸出端與第一緩沖放大電路的輸入端連接于一節點，節點的節點電平信號經過第一緩沖放大電路放大后儲存至存儲電容，放大后節點電平信號經過第二緩沖放大電路輸出至列輸出線。本發明提出了一種復位噪聲評估方法，即在采樣采光信號前后的多個時間點，采樣復位信號，分別得到雙采樣和相關雙采樣下的實際信號值，從而可以在時域和頻域來評估復位噪聲。本發明的CMOS圖像傳感器減少像元電路的復雜程度，增加傳感器的規模。

技術領域

本發明屬于圖像傳感器領域，具體涉及一種用于全局快門和雙采樣的7T像元CMOS圖像傳感器及其復位噪聲評估方法。

背景技術

圖像傳感器是將入射光信號轉換成電信號的電子器件，圖像傳感器包括被稱為像素的光傳感元件的二維陣列，二維陣列中的每個像素都與透鏡系統一起工作以對場景局部區域內的入射光做出響應，并產生描述該場景的局部特征的電信號。來自光傳感元件的輸出被轉換成數字形式，并以數字形式存儲，以形成表示該場景的原始數據。原始數據可以通過圖像處理器的處理來產生最終呈現的數字圖像。

圖像傳感器的設計包括電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體 (CMOS)圖像傳感器。 CCD圖像傳感器在現代設計中不是優選的，部分因為CCD典型地消耗較高水平的功率，并且要求相對復雜的模擬前端電路。CMOS圖像傳感器消耗較低水平的功率，并且具有提供數字輸出像素值的內置模擬端數字轉換器。因此，CMOS圖像傳感器越來越得到廣泛的應用。

現有的CMOS圖像傳感器由CMOS數模電路和像素單元電路陣列構成，根據上述一個像素單元包括的晶體管數目，現有的像素內不帶存儲電容的CMOS圖像傳感器主要分為3T型結構，4T型結構和5T型結構。

參見圖1，圖1為一種現有技術中無存儲電容和無傳輸晶體管的3T像元等效電路結構示意圖，包括：一個光電二極管PPD1，用于在曝光時進行光電轉換，將接收到的光信號轉換成電信號，光電二極管PPD1包括P型區和N型區， P型區接地。

該圖像傳感器還包括一個復位晶體管RST1，用于在曝光前對光電二極管PPD1進行復位，復位由復位信號Vrst 信號進行控制。在圖1中，復位晶體管RST1選用一個NMOS管，復位晶體管RST1的源極和光電二極管PPD1的N型區相連，復位晶體管RST1的源極同時也為一敏感電壓節點FD1又稱為浮空擴散區（Floating Diffusion，FD）；復位晶體管RST1的漏極接電源Vdd，電源Vdd為一正電源。當復位信號Vrst為高電平時，復位晶體管RST1導通并將光電二極管PPD1的N型區連接到電源Vdd，在電源Vdd 的作用下，使光電二極管PPD1反偏并會清除光電二極管PPD1的全部累積的電荷，實現復位。復位晶體管RST1也可以由多個NMOS管串聯形成、或由多個NMOS管并聯形成，也可以用PMOS 管代替NMOS管。

該圖像傳感器還包括一個放大晶體管DX1，用于將光電二極管PPD1產生的電信號進行放大。在圖1中，放大晶體管DX1選用一個NMOS管，放大晶體管DX1的柵極接光電二極管PPD1的N型區，放大晶體管DX1的漏極接電源Vdd，放大晶體管DX1的源極為放大信號的輸出端。放大晶體管DX1也可以由多個NMOS 管串聯形成、或由多個NMOS管并聯形成，也可以用PMOS管代替NMOS管。

該圖像傳感器還包括一個行選晶體管SX1，用于將放大晶體管DX1的源極輸出的放大信號輸出。在圖1中，行選晶體管SX1選用一個NMOS 管，行選晶體管SX1的柵極接行選擇信號V_SEL，行選晶體管SX1的源極接放大晶體管的源極，行選晶體管SX1漏極為輸出端。