[实用新型]图像传感器像素电路及处理器系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及固态图像传感器阵列(例如，互补金属氧化物半导体CMOS阵列)，而更具体地，涉及具有内置可变增益反馈放大器电路的像素的图像传感器。像素可以具有亚微米尺寸并且可以从像素形成于其上的像素衬底的背面或正面被照明。

背景技术

通常的图像传感器通过将冲击的光子转化为集成(收集)到传感器像素中的电子(或空穴)来感测光。一旦完成每个集成周期，收集到的电荷被转化为电压信号，所述电压信号被供应到相应的与图像传感器相关联的输出端子。通常，电荷到电压的转化直接在像素内执行，而作为结果的模拟像素电压信号通过各种像素寻址和扫描方案转移到输出端子。在传递到芯片外之前，模拟电压信号有时可以在芯片上转化为数字等效物。每个像素包括缓冲放大器(即，源极跟随器)，其驱动经由各自的寻址晶体管连接到像素的输出感测线。

然而，这样的布置包括像素内的低于单位(unity)增益放大器(即，小于1的增益，其中输出具有比输入更小的幅度)。这使连接到像素的信号线容易受到各种噪声和干扰拾取，这是此现有技术的几个缺点之一。在电荷到电压的转化完成之后并且作为结果的信号从像素转移出之后，在随后的集成周期开始之前，重置像素。在包括用作电荷检测节点的浮动扩散(FD)的像素中，此重置操作通过瞬间开启重置晶体管来完成，所述重置晶体管将浮动扩散节点连接到电压参考(通常为像素电流漏极节点)用于漏去(或者移除)任何转移到FD节点上的电荷。然而，如本领域已熟知的，使用重置晶体管从浮动扩散节点移除电荷产生热kTC重置噪声。此kTC重置噪声必须使用相关双采样(CDS)信号处理技术来移除，以达成期望的低噪声性能。利用CDS的典型的CMOS图像传感器需要每个像素至少四个晶体管(4T)。具有钉扎的(pinned)光电二极管的4T像素电路的例子可以在Lee(美国专利号5625210)中找到，其作为引用并入此处。

图1示出了CMOS传感器中的像素100的简化的电路图。像素电路100具有双路共享光电二极管方案，其中两个光电二极管共享单个浮动扩散节点。具体地，光电二极管101(PD1)和102(PD2)共享公共的浮动扩散(FD)电荷检测节点114，源极跟随器(SF)晶体管103连接到所述浮动扩散(FD)电荷检测节点114。源极跟随器晶体管103的漏极端子连接到Vdd列偏置线109，而源极跟随器晶体管103的源极端子通过寻址晶体管104连接到列输出信号(读出)线108。电荷检测节点114通过重置晶体管105重置，所述重置晶体管105也连接到Vdd列偏置线109。来自光电二极管101和102的电荷通过电荷转移晶体管106和107转移到浮动扩散节点114上。重置晶体管栅极105由在行控制线110上接收的重置控制信号控制，电荷转移晶体管栅极106和107由分别在行线112和113上接收的转移控制信号控制，而寻址晶体管栅极104由在行寻址线111上接收的行选择控制信号控制。如图1所示，清楚的是，每对像素光电二极管必须耦合到总共五个晶体管(即，每个光电二极管2.5个晶体管)。常规的布置(诸如图1的布置)涉及由源极跟随器103的缓冲放大器产生的低于单位增益放大，使信号线108容易受到噪声和干涉拾取的影响，其可以使由像素产生的最终图像信号失真。

因此，能够提供改进的图像传感器像素是期望的。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决与现有技术中存在的一个或更多个问题相关的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器像素电路，包括：光电二极管，响应于图像光产生电荷；浮动扩散节点；电荷转移晶体管，被配置为将所产生的电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散节点；放大晶体管，具有耦合到所述浮动扩散节点的栅极端子和耦合到像素输出节点的漏极端子；以及反馈电容器，耦合在所述像素输出节点和所述浮动扩散节点之间，其中所述放大晶体管被配置为以大于单位的增益提供转移的电荷，并且所述反馈电容器被配置以将负电压反馈提供到所述浮动扩散节点。

根据一个实施例，所述图像传感器像素电路还包括：重置晶体管，与所述反馈电容器并联耦合在所述像素输出节点和所述浮动扩散节点之间，其中所述重置晶体管被配置以将所述浮动扩散节点重置到重置电压。

根据一个实施例，所述图像传感器像素电路还包括：列读出线，耦合到列偏置电流源；以及像素寻址晶体管，耦合在所述像素输出节点和所述列读出线之间。

根据一个实施例，所述图像传感器像素电路还包括：预充电电容器，耦合在所述浮动扩散节点和预充电总线之间。