[发明专利]适用于CMOS成像传感器的放大器

说明书

技术领域

本发明涉及用于成像传感器的放大器，更具体地，本发明涉及用于CMOS成像传感器的列读出放大器。

背景技术

被设计用于在低照度水平下进行操作的CMOS成像传感器需要很低的噪音读出电路。CMOS成像传感器通常由排列成多行多列的像素传感器的二维阵列构成。每个像素传感器包括一个光电二极管和一个读出电路，其能将在图像曝光期间通过光电二极管积累的电荷转换成电压，该电压通过读出放大器读出，所述读出放大器通常被列中的所有像素传感器共享。每行中的像素传感器通过使用列读出放大器并排读出。为了维持低噪音，光电荷向像素传感器中的读出电路的转移与读出该电荷之间的时间必须尽可能小，这是由于在这个阶段噪音会在像素传感器中积累。

为了限制列读出放大器中的噪音，通常会使用低带宽放大器。放大器的带宽越低，放大器的读出噪音就越低。然而，降低读出放大器的带宽导致了读出当前连接到读出放大器的像素所需时间的增加，这是因为降低了带宽的放大器需要更长时间来稳定。因此，在读出时间与读出噪音之间就需要一个折中。因此，减少在列读出放大器中的噪音对于弱光传感器来说仍然是一种挑战。

发明内容

本发明包括一种列读出放大器和使用该列读出放大器的方法。列读出放大器包括具有放大器信号输出的信号放大器、第一滤波电容器、具有缓冲放大器输入和缓冲放大器输出的缓冲放大器、和开关网络。在第一时间阶段，该开关网络将放大器信号输出连接到缓冲放大器输入，并将缓冲放大器输出连接到第一滤波电容器，并且在第二时间阶段，该开关网络将放大器信号输出直接连接到第一滤波电容器。

在本发明的一方面，当直接连接到第一滤波电容器时，信号放大器以第一时间常数对第一滤波电容器进行充电。第一时间阶段小于第一时间常数的五倍。

在本发明的另一方面，当缓冲放大器输入和缓冲放大器输出相差小于预定的阈值时，列读出放大器从第一时间阶段转变到第二时间阶段。在本发明的另一方面，第一和第二时间阶段的持续时间是固定的。

列读出放大器适于在成像阵列中使用，该成像阵列包括位线导体、多个像素传感器和本发明的列读出放大器，每个像素传感器响应于字选择信号而连接到该位线导体。

附图说明

图1示出了现有技术的读出放大器，该读出放大器连接到一列像素传感器中的一个像素传感器。

图2示出了通过传统读出放大器读出图1所示的像素的计时图。

图3为根据本发明的列读出放大器的示意图。

图4为图3所示的各种信号的计时图。

图5示出了本发明的一个实施例，该实施例使用更高增益的放大器来加速滤波电容器的充电。

具体实施方式

参考图1能够更加容易地理解本发明提供其优点的方式，图1示出了现有技术的读出放大器30，该读出放大器连接到一列像素传感器中的一个像素传感器。连接到位线27的特定像素传感器通过相应字线28上的信号来确定。像素传感器21通常包括光电二极管22，该光电二极管在图像曝光期间积累电荷。在图像曝光结束时，通过使用复位线上的信号关闭栅极24而使浮动扩散节点23复位至Vr。在复位操作之后，浮动扩散节点23上的电压通过源跟随器26和列读出放大器30来检测，并且存储在列读出放大器30中的电容器C₃₁的采样保持电路中上。

在该电压检测之后，响应于Tx上的信号，栅极25被置于导通状态。浮动扩散节点23上的正电位导致光电二极管22上的全部电荷转移到浮动扩散节点23。转移的电荷导致浮动扩散节点23的电位相对于复位电位降低。然后，浮动扩散节点23上的电位被列读出放大器30检测并存储在电容器32上的采样保持电路中。然后利用电容器31和32的电压差来确定在曝光期间由光电二极管22产生的电荷。