[發(fā)明專(zhuān)利]低功耗高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011506974.9
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112689105B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯華蓮;崔兆春;劉偉峰;莊奕琪;張麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N5/369
• 分類(lèi)號(hào): H04N5/369;H04N5/355
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種低功耗高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括電荷傳輸晶體管(2)、復(fù)位晶體管(3)、源跟隨晶體管(4)、選擇晶體管(5)、漂浮有源區(qū)FD和置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管(1)，其特征在于，還包括采樣電容復(fù)位晶體管(6)、模式控制晶體管(7)和擴(kuò)展電容C1；

所述采樣電容復(fù)位晶體管(6)，其漏極與選擇晶體管(5)源極以及后級(jí)電路的采樣電容C2相連，源極與地相連，用于清空后級(jí)采樣電容C2；

所述模式控制晶體管(7)，其漏極與漂浮有源區(qū)FD相連，源極與擴(kuò)展電容C1連接，用于控制圖像傳感器像素的工作模式，該所述擴(kuò)展電容C1的另一端與地相連；

所述結(jié)構(gòu)完成的操作包括：

圖像傳感器的工作模式選擇操作：在當(dāng)前使用環(huán)境光照強(qiáng)度大于100Lux時(shí)，模式控制晶體管(7)導(dǎo)通，圖像傳感器進(jìn)入強(qiáng)光工作模式，在環(huán)境光照強(qiáng)度小于等于100Lux時(shí)，則將模式控制晶體管(7)的柵極端DCG接地，模式控制晶體管(7)關(guān)斷，圖像傳感器進(jìn)入弱光工作模式；

漂浮有源區(qū)FD復(fù)位操作：在復(fù)位晶體管(3)導(dǎo)通時(shí)，將漂浮有源區(qū)FD的電位拉高，復(fù)位結(jié)束后將復(fù)位晶體管(3)關(guān)斷；

復(fù)位電壓采樣操作：將選擇晶體管(5)打開(kāi)，利用后級(jí)電路的采樣電容C2對(duì)輸出端復(fù)位狀態(tài)的電壓值進(jìn)行采樣，并在采樣完成后將選擇晶體管(5)關(guān)斷；

后級(jí)電路的采樣電容C2復(fù)位操作：將采樣電容復(fù)位晶體管(6)打開(kāi)，以使后級(jí)電路的采樣電容C2清空，再將采樣電容復(fù)位晶體管(6)關(guān)斷；

光生電荷轉(zhuǎn)移操作：打開(kāi)電荷傳輸晶體管(2)，將光電二極管(1)中積累的光生電荷轉(zhuǎn)移到漂浮有源區(qū)FD中，光生電荷轉(zhuǎn)移完畢后將電荷傳輸晶體管(2)關(guān)斷；

信號(hào)電壓采樣操作：將選擇晶體管(5)打開(kāi)，利用后級(jí)電路的采樣電容C2對(duì)光生電荷轉(zhuǎn)移后的輸出端電壓值進(jìn)行采樣，采樣完成后將選擇晶體管(5)關(guān)斷；

后級(jí)電路的采樣電容C2復(fù)位操作：將采樣電容復(fù)位晶體管(6)打開(kāi)，以使后級(jí)電路的采樣電容C2清空，再將采樣電容復(fù)位晶體管(6)關(guān)斷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，光電二極管(1)的正極與地線相連，負(fù)極與電荷傳輸晶體管(2)的源極相連；電荷傳輸晶體管(2)的漏極與漂浮有源區(qū)FD相連；復(fù)位晶體管(3)的漏極與電源線相連，源極與漂浮有源區(qū)FD相連；源跟隨晶體管(4)的柵極與漂浮有源區(qū)相連，漏極與電源線相連，源極與選擇晶體管(5)的漏極相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，選擇晶體管(5)在像素復(fù)位完成和電荷轉(zhuǎn)移結(jié)束后導(dǎo)通，以對(duì)漂浮有源區(qū)FD內(nèi)電荷量的變化進(jìn)行探測(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，采樣電容復(fù)位晶體管(6)在后級(jí)電路的采樣電容C2采樣結(jié)束后導(dǎo)通，以將后級(jí)電路的采樣電容C2清空。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，模式控制晶體管(7)通過(guò)光照強(qiáng)度的高低控制其導(dǎo)通與截止。