[發明專利]一種高增益像素設計方法

有效

• 申請號: 202110645370.0
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113382175B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 武大猷;江建明;朱健軍;張睿軼
• 申請（專利權）人: 上海矽印科技有限公司
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/355
• 代理公司: 上海創開專利代理事務所(普通合伙) 31374
• 代理人: 李蘭蘭

本發明公開了一種高增益像素設計方法，涉及集成電路設計領域。本發明的控制方法和信號甄別手段包括：對轉移柵關斷電壓為0V，在應用中電壓調制n次，當每調節一個電壓，對像素的信號讀出一次，即幀讀出時間過程重復n次，每次改變一個調制電壓，需要讀出n張圖；相比正常開啟電壓mV，在第一次讀出中，轉移柵只開啟1/n*mV；在第二次讀出中，轉移柵只開啟2/n*mV；依次類推，直至最后一次中，轉移柵開啟mV，像素達到最大輸出滿阱；n張圖像進行融合得到高動態范圍圖像。本發明能夠不降低圖像傳感器對小信號分辨能力，實現對不同信號的檢測，同時可以實現傳感器對大信號的探測，解決了傳統全局像素中的高靈敏度和大滿阱相矛盾問題。

技術領域

本發明屬于集成電路設計領域，特別是涉及一種高增益像素設計方法。

背景技術

在全局快門圖像傳感器應用中，如全局快門CMOS圖像傳感器，iTOF等應用中，光生信號現在光電二極管中積分，然后先轉移到存儲節點儲存：常用的存儲結構如浮置擴散節點、存儲柵等。傳感器的讀出電路逐把像素陣列的信號逐行讀出。根據電荷轉移過程，存儲節點的容量決定了可以采集到信號的最大值，同時存儲節點直接連接到放大器輸入端，容量過大也會降低傳感器對微弱信號的敏感度，這嚴重限制了像素所能感測到信號的范圍。本專利通過設計合理的電路和時序，對存儲節點進行合理的耦合，既不降低圖像傳感器對小信號分辨能力，同時可以實現傳感器對大信號的探測。

發明內容

本發明提供了一種高增益像素設計方法，解決了以上問題。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明的一種高增益像素設計方法，針對全局快門像素結構6T設計，通過提供新的控制方法和信號甄別手段實現，所述全局快門像素6T結構包括光電二極管、曝光管子、存儲柵、轉移柵、復位管、存儲節點、源極跟隨器、行選開關、電源線和讀出線，所述控制方法和信號甄別手段具體如下：

對所述轉移柵關斷電壓為0V，在應用中電壓調制n次，當每調節一個電壓，對像素的信號讀出一次，即幀讀出時間過程重復n次，每次改變一個調制電壓，需要讀出n張圖；

相比正常開啟電壓mV，在第一次讀出中，所述轉移柵只開啟1/n*mV；在第二次讀出中，所述轉移柵只開啟2/n*mV；在第三次讀出中，所述轉移柵只開啟3/n*mV，即每次電壓抬升幅度為m/nV；依次類推，直至最后一次中，所述轉移柵開啟mV，像素達到最大輸出滿阱；

在輸出的圖像中，需要分別甄選信號，最后將n張圖像進行融合得到高動態范圍圖像。

進一步側，所述n的取值范圍為≥2。

本發明相對于現有技術包括有以下有益效果：

本發明通過設計合理的電路和時序，對存儲節點進行合理的耦合，既不降低圖像傳感器對小信號分辨能力，通過調制轉移柵電壓改變其下溝道勢壘，實現對不同信號的檢測，同時可以實現傳感器對大信號的探測，解決了傳統全局像素中的高靈敏度和大滿阱相矛盾問題。

當然，實施本發明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為具體實施例中應用本發明的一種高增益像素設計方法后的全局快門像素結構6T的高動態范圍像素時序圖；

圖2為圖1中高動態范圍像素第一次采樣的原理圖；

圖3為圖1中高動態范圍像素第二次采樣的原理圖；

圖4為本具體實施例不同的XT2電壓對應低增益信號輸出范圍圖；