[發(fā)明專利]全局快門圖像傳感器像素及像素信號(hào)的采集方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210569751.X
• 申請(qǐng)日: 2022-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN114979514A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿薩夫·拉哈夫;克利斯提安·布維爾;皮埃爾·布朗克;戈曉靚;馬成;胡黎斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州長(zhǎng)光辰芯微電子有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/359
• 分類號(hào): H04N5/359;H04N5/374
• 代理公司: 長(zhǎng)春中科長(zhǎng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明

本發(fā)明提供一種全局快門圖像傳感器像素及像素信號(hào)的采集方法，該像素包括浮置擴(kuò)散區(qū)、復(fù)位開關(guān)、源極跟隨器、行選開關(guān)、第一采樣電容、第二采樣電容和負(fù)反饋開關(guān)，復(fù)位開關(guān)的第一極和浮置擴(kuò)散區(qū)分別與源極跟隨器的柵極耦接，源極跟隨器的第一極與行選開關(guān)的第二極耦接，源極跟隨器的第二極被置為預(yù)設(shè)偏置電壓或高電平，行選開關(guān)的第一極與灌電流源或拉電流源耦接，負(fù)反饋開關(guān)的第一極與復(fù)位開關(guān)的第二極耦接，負(fù)反饋開關(guān)的第二極耦接于源極跟隨器與行選開關(guān)之間，第一采樣電容的一端接地，第一采樣電容的另一端耦接于負(fù)反饋開關(guān)與復(fù)位開關(guān)之間，第二采樣電容跨接在復(fù)位開關(guān)的兩端。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有全局快門像素噪聲大的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體圖像感測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全局快門圖像傳感器像素及像素信號(hào)的采集方法。

背景技術(shù)

CMOS圖像傳感器憑借其低功耗，低成本和高集成能力已普遍應(yīng)用于科學(xué)和民用領(lǐng)域。其像素依照不同的曝光方式通常分為兩種：滾動(dòng)快門像素和全局快門像素。其中，全局快門像素因其在拍攝高速移動(dòng)的物體時(shí)能夠避免圖像的扭曲這一特點(diǎn)而得到廣泛使用。

圖1示出了一種傳統(tǒng)全局快門像素結(jié)構(gòu)。如圖1所示，傳統(tǒng)全局快門像素包括復(fù)位開關(guān)M1、光電二極管D、源極跟隨器SF、全局柵開關(guān)M2、橫向溢出柵開關(guān)M3和行選開關(guān)M4。該全局快門像素基于經(jīng)典4T結(jié)構(gòu)變化而來(lái)，在光電二極管D經(jīng)過(guò)一段曝光時(shí)間之后，首先閉合全局柵開關(guān)M2，使得光電二極管D中的全部電荷一次性轉(zhuǎn)移并存儲(chǔ)至浮置擴(kuò)散區(qū)FD。在電荷轉(zhuǎn)移完成后，閉合行選開關(guān)M4，電壓信號(hào)會(huì)通過(guò)源極跟隨器SF與行選開關(guān)M4，被讀出電路讀出并采樣。在信號(hào)電壓讀出后，復(fù)位開關(guān)M1斷開，讀出浮置擴(kuò)散區(qū)FD的復(fù)位電壓。逐行重復(fù)以上過(guò)程，以讀出整幀圖像信號(hào)電壓。該傳統(tǒng)全局快門像素的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幀轉(zhuǎn)移時(shí)間較短，在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)不需要額外操作。其缺點(diǎn)為無(wú)法去除復(fù)位噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種全局快門圖像傳感器像素，在傳統(tǒng)的全局快門像素基礎(chǔ)上，增設(shè)負(fù)反饋開關(guān)、第一采樣電容、第二采樣電容，以形成負(fù)反饋環(huán)路，通過(guò)負(fù)反饋環(huán)路降低復(fù)位噪聲。

本發(fā)明提供的全局快門圖像傳感器像素，包括全局復(fù)位開關(guān)、光電二極管、全局柵開關(guān)、浮置擴(kuò)散區(qū)、復(fù)位開關(guān)、源極跟隨器和行選開關(guān)，全局復(fù)位開關(guān)的第一極與供電電源耦接，全局復(fù)位開關(guān)的第二極與全局柵開關(guān)的第一極耦接，全局柵開關(guān)的第二極分別與浮置擴(kuò)散區(qū)耦接，光電二極管耦接于全局復(fù)位開關(guān)與浮置擴(kuò)散區(qū)之間，復(fù)位開關(guān)的第一極與源極跟隨器的柵極耦接，源極跟隨器的柵極還與浮置擴(kuò)散區(qū)耦接，源極跟隨器的第一極與行選開關(guān)的第二極耦接，全局快門圖像傳感器像素還包括第一采樣電容、第二采樣電容和負(fù)反饋開關(guān)，源極跟隨器的第二極被置為預(yù)設(shè)偏置電壓或高電平，行選開關(guān)的第一極與灌電流源或拉電流源耦接，負(fù)反饋開關(guān)的第一極與復(fù)位開關(guān)的第二極耦接，負(fù)反饋開關(guān)的第二極耦接于源極跟隨器與行選開關(guān)之間，第一采樣電容的一端接地，第一采樣電容的另一端耦接于負(fù)反饋開關(guān)與復(fù)位開關(guān)之間，第二采樣電容跨接在復(fù)位開關(guān)的兩端。

優(yōu)選地，第一采樣電容的電容值大于第二采樣電容的電容值。

本發(fā)明提供的像素信號(hào)的采集方法，利用上述的全局快門圖像傳感器像素實(shí)現(xiàn)，具體包括如下步驟：

S1、通過(guò)全局復(fù)位開關(guān)對(duì)光電二極管進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后的光電二極管開始對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行曝光累積電荷；

S2、閉合行選開關(guān)，同時(shí)將源極跟隨器的第一極置為預(yù)設(shè)偏置電壓，將源極跟隨器的第二極連接至灌電流源；

S3、閉合負(fù)反饋開關(guān)與復(fù)位開關(guān)，使源極跟隨器、行選開關(guān)、負(fù)反饋開關(guān)與復(fù)位開關(guān)形成負(fù)反饋環(huán)路，負(fù)反饋環(huán)路用于對(duì)浮置擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行復(fù)位；

S4、依次斷開負(fù)反饋開關(guān)與復(fù)位開關(guān)，使復(fù)位噪聲在負(fù)反饋環(huán)路的作用下逐漸降低，同時(shí)讀出并采樣浮置擴(kuò)散區(qū)的復(fù)位電壓；

S5、閉合全局柵開關(guān)，將光電二極管中曝光后累積的全部電荷一次性轉(zhuǎn)移并存儲(chǔ)至浮置擴(kuò)散區(qū)；