[发明专利]一种具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路

说明书

技术领域

本发明属于CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器领域，尤其涉及一种具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路。

背景技术

近年来，基于压缩传感理论的信号采样、处理方式不断发展，对像素单元电路提出了更高的要求，要求像素单元电路中同一个光照信息能在不同时刻参与运算多次，以完成和测量矩阵的相关运算。

根据晶体管的数量不同，当前像素单元电路结构主要分为三管有源像素、四管有源像素等类型，其中，四管有源像素在CMOS图像传感器中应用最广泛。

传统的四管结构CMOS图像传感器像素单元电路如图1所示，包括：复位晶体管M_RST，传输门晶体管M_TX，源跟随晶体管M_SF，行选通晶体管M_RS及用于感受光信号的光电二极管PD，FD为浮动扩散节点，V_out为像素单元输出端。复位晶体管M_RST位于电源正极VDD和浮动扩散节点FD之间，传输门晶体管M_TX位于浮动扩散节点和光电二极管PD之间，光电二极管PD位于传输门晶体管M_TX和地之间，源跟随晶体管M_SF位于电源正极VDD和行选通晶体管M_RS之间，行选通晶体管M_RS位于源跟随晶体管M_SF与像素单元输出端V_out之间，浮动扩散节点FD与源跟随晶体管M_SF的栅极相连。给复位晶体管M_RST施加复位信号RST，传输门晶体管M_TX施加传输信号TX，行选通晶体管M_RS施加行选通信号RS。

图1中VDD是外部提供给像素单元电路的电源电压，控制复位晶体管M_RST、传输门晶体管M_TX、行选通晶体管M_RS的导通与截止来实现像素单元电路的信号输出。因为传统四管结构CMOS图像传感器主要只利用光电二极管PD存储电荷，所以像素单元电路存储的光照信息只能被输出一次。

发明内容

本发明为解决现有像素单元电路只能将存储的光照信息输出一次的技术问题，提供了一种具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路。

一种具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路，具有六管结构：

所述像素单元电路在传统四管有源像素电路结构上增加了电容充电、放电两个选通晶体管和一个存储电容。电容充电选通晶体管位于传输门晶体管输出端和存储电容上极板之间，控制存储电容充电操作；电容放电选通晶体管位于存储电容上极板和源跟随晶体管栅极之间，控制存储电容放电操作；存储电容上极板位于电容充电选通晶体管和电容放电选通晶体管连接处，下极板接地，起到存储固定瞬时光照信息并使其能被多次选择性输出的作用。

进一步的，所述六管结构的像素单元电路包括：启动晶体管、传输门晶体管、光电二极管、电容充电选通晶体管、存储电容、电容放电选通晶体管、源跟随晶体管、像素选通晶体管；所述启动晶体管位于电源正极和浮动扩散节点之间；传输门晶体管位于浮动扩散节点和光电二极管之间；光电二极管位于传输门晶体管和地之间；电容充电选通晶体管位于浮动扩散节点和存储电容上极板之间；存储电容上极板连接在电容充电选通晶体管和电容放电选通晶体管之间，下极板接地；电容放电选通晶体管位于存储电容上极板和源跟随晶体管栅极之间；源跟随晶体管位于电源正极和像素选通晶体管之间；像素选通晶体管位于源跟随晶体管和像素单元输出端之间。

进一步的，该像素单元电路还包括：给启动晶体管施加启动信号、传输门晶体管施加传输信号、电容充电选通晶体管施加电容充电选通信号、电容放电选通晶体管施加电容放电选通信号、像素选通晶体管施加像素选择输出信号。

本发明像素单元电路在传统四管有源像素电路结构上增加了电容充电、放电两个选通晶体管和一个存储电容。电容充电选通晶体管位于传输门晶体管输出端和存储电容上极板之间，控制存储电容充电操作；电容放电选通晶体管位于存储电容上极板和源跟随晶体管栅极之间，控制存储电容放电操作；存储电容上极板位于电容充电选通晶体管和电容放电选通晶体管连接处，下极板接地，起到存储固定瞬时光照信息并使其能被多次选择性输出的作用。本发明增加了像素单元内存储瞬时光照信息的功能，同时增加了多次选择性输出固定瞬时光照信息的功能。

附图说明

图1是现有技术提供的四管结构像素单元电路示意图；

图2是本发明实施例提供的六管结构具有记忆和多次选择输出功能的像素单元电路示意图；

图3是本发明实施例提供的控制单元产生的控制信号波形图；

图4是本发明实施例提供的控制单元控制像素单元工作的流程图。

具体实施方式