[發(fā)明專利]一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910080941.3
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109819183B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高靜;龔雨琛;徐江濤;聶凱明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/374;H04N5/235
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發(fā)明公開一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式。該像素結(jié)構(gòu)包括N型MOS管M1?M6，M1為像素傳輸管，M2、M3為開關(guān)管，M4為FD節(jié)點的復(fù)位管，M5為源級跟隨器，M6為像素選通管，M1的源端接光電二極管PPD，漏端接FD節(jié)點和M5的柵極，M2、M3源端接M1柵極，M3漏端接電源V_ramp，M4的源端接FD節(jié)點，漏端接電源電壓V_DD，M5的漏端接電源V_DD，源端接M6的漏端。本發(fā)明通過在像素曝光過程中，使傳輸柵電勢從大到小變化，降低PPD達(dá)到飽和的速度，從而提升傳感器響應(yīng)光照量的范圍，提升傳感器動態(tài)范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式。

背景技術(shù)

受圖像傳感器中光電二極管的阱容量限制，常規(guī)CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍只有60-70dB，而人眼具有約100dB的動態(tài)范圍，故在較大光照變化的環(huán)境下無法拍攝出高質(zhì)量圖像，對提升圖像傳感器動態(tài)范圍性能的研究不斷發(fā)展。

已有的提升傳感器動態(tài)范圍的方法包括利用對數(shù)傳感器實現(xiàn)對數(shù)響應(yīng)、多次采樣等，但對數(shù)傳感器在低光強(qiáng)度下具有較大噪聲，易造成圖像拖尾，多次采樣技術(shù)要求復(fù)雜的時序設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)，包括六個N型MOS管，其中，N型MOS管M1為像素傳輸管，N型MOS管M2與N型MOS管M3為開關(guān)管，N型MOS管M4為FD節(jié)點的復(fù)位管，N型MOS管M5為源級跟隨器，N型MOS管M6為像素選通管；N型MOS管M1的源端接光電二極管PPD、漏端接FD節(jié)點和N型MOS管M5的柵極；N型MOS管M2與N型MOS管M3源端接N型MOS管M1柵極，N型MOS管M3漏端接電源V_ramp，N型MOS管M2的漏端接控制信號TX，N型MOS管M2與N型MOS管M3柵極分別接開關(guān)SW1、SW2，N型MOS管M4的源端接FD節(jié)點、漏端接電源電壓V_DD；N型MOS管M5的漏端接電源V_DD，源端接N型MOS管M6的漏端。

本發(fā)明還提供一種提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方式，在積分過程中，N型MOS管M3選通，N型MOS管M2斷開，電源V_ramp由高變低；

在復(fù)位與讀出階段，N型MOS管M2選通，N型MOS管M3斷開；讀出階段，N型MOS管M6導(dǎo)通選中像素，首先N型MOS管M4導(dǎo)通，置空FD中的電荷，讀出復(fù)位電壓，之后N型MOS管M1選通，使PPD中電荷轉(zhuǎn)移到FD中，讀出信號電壓，讀出完成后，N型MOS管M1、N型MOS管M4同時選通，進(jìn)行復(fù)位。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過在像素曝光過程中，使傳輸柵電勢從大到小變化，降低PPD達(dá)到飽和的速度，從而提升傳感器響應(yīng)光照量的范圍，提升傳感器動態(tài)范圍。

附圖說明

圖1所示為提高動態(tài)范圍的像素結(jié)構(gòu)；

圖2是工作時序圖；

圖3a-3b分別是積分過程以及讀出與復(fù)位過程的狀態(tài)圖；

圖4a是積分過程中PPD阱容量調(diào)節(jié)過程示意圖；

圖4b是PPD積累中電子數(shù)Q_PPD與入射光生電子數(shù)Q_photon的關(guān)系圖；

圖5a-5b是電荷傳輸與溝道勢壘變化圖。

具體實施方式