[发明专利]一种CMOS图像传感器像素电路及其控制方法

权利要求书

1.一种CMOS图像传感器像素电路，所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器，包括：一衬底，所述衬底包括正面和背面；及多个设置于所述衬底正面的像素，其特征在于，所述CMOS图像传感器还包括：

一背部沟槽隔离结构，从所述衬底背面插入设置于每个所述像素之间，用于将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱；

多次曝光信号反馈组合电路：电连接于所述像素及一模数转换电路之间；

一传输管，连接于所述像素中的一感光元件；

一浮置扩散放大器，连接于所述传输管；

一复位管，连接于所述浮置扩散放大器及所述多次曝光信号反馈组合电路；及

一行选择管，连接于所述多次曝光信号反馈组合电路及所述模数转换电路；

所述多次曝光信号反馈组合电路进一步包括：

一写入管，连接于所述浮置扩散放大器；

一读出管，连接于所述复位管；

一反馈电容，连接于所述写入管及所述读出管；及

一存储电容，连接于所述写入管

其中,所述多次曝光信号反馈组合电路通过所述感光元件多次曝光进行光电转换积累电荷,通过所述写入管的闭合将电荷积累到所述反馈电容和所述存储电容，通过所述读出管的闭合进行所述反馈电容的复位和所述存储电容的反馈,输出多次曝光信号反馈组合的电压信号,扩展所述图像传感器的动态范围；

所述多次曝光信号反馈组合电路以如下方式进行多次曝光信号反馈组合处理：

其中：V_out为输出电压信号；V_RST为复位电压信号；n为曝光次数；q_SIG1为第一次曝光产生的电荷量；q_SIG2为第二次曝光产生的电荷量；q_SIGn为第n次曝光产生的电荷量；C_FD为存储电容电容值；V_T为浮置扩散放大器的阈值电压损失。

2.根据权利要求1所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述反馈电容与所述浮置扩散放大器的电容值相等。

3.根据权利要求1所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述隔离阱的高度为3至4μm。

4.一种CMOS图像传感器像素电路控制方法，采用如权利要求1-3中任一项所述包含一背部沟槽隔离结构及一多次曝光信号反馈组合电路的CMOS图像传感器像素电路，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱，其特征在于，所述控制方法包括：

背部沟槽隔离步骤：通过所述背部沟槽隔离结构，将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰；

多次曝光信号反馈组合步骤：通过所述多次曝光信号反馈组合电路，对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展所述图像传感器的动态范围；所述多次曝光信号反馈组合步骤，包括：

第一次曝光步骤：断开所述传输管，进行第一次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，第一次曝光结束后，所述复位管和所述读出管闭合，将所述反馈电容和所述浮置扩散放大器进行复位，并将所述积蓄电荷传输到所述反馈电容中进行存储；

多次曝光步骤：再次断开所述传输管，进行第n次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，所述第n次曝光结束后，第n-1次曝光产生的电荷与所述第n次曝光产生的电荷进行组合，得到多次曝光信号反馈组合的电压信号，所述n为大于1的正整数；

信号输出步骤：闭合所述行选择管，将所述多次曝光信号反馈组合的电压信号输出到所述模数转换电路；

其中,所述多次曝光信号反馈组合步骤根据如下方式进行多次曝光信号反馈组合处理，所述方式为：

其中：V_out为输出电压信号；V_RST为复位电压信号；n为曝光次数；q_SIG1为第一次曝光产生的电荷量；q_SIG2为第二次曝光产生的电荷量；q_SIGn为第n次曝光产生的电荷量；C_FD为存储电容电容值；V_T为浮置扩散放大器的阈值电压损失。

5.根据权利要求4所述CMOS图像传感器像素电路控制方法，其特征在于，所述第n次曝光的时间大于所述第n-1次曝光的时间。