[发明专利]3D堆叠高动态CMOS图像传感器及其信号采集方法

权利要求书

1.一种3D堆叠高动态CMOS图像传感器，其特征在于，包括感光单元及信号处理单元；其中，所述感光单元、信号处理单元分设于两个上下堆叠的芯片上，所述感光单元与信号处理单元的各节点之间通过金属连接柱相连接；

所述感光单元由一感光二极管构成，所述感光二极管的正极与电源负极相连，感光二极管的负极与信号处理单元相连；

所述信号处理单元至少由第一MOS管至第四MOS管、一比较器、一计数器、一或门及一电流源构成；其中

所述第一MOS管的源极与感光二极管的负极之间通过所述金属连接柱相连，第一MOS管的漏极同时与第二MOS管的源极以及第三MOS管的栅极相连，第一MOS管的栅极与第一控制信号相连；所述第二MOS管的漏极与电源正极相连，第二MOS管的栅极与或门的输出端相连；所述第三MOS管的漏极与电源正极相连，第三MOS管的源极与第四MOS管的漏极相连；所述第四MOS管的栅极与第二控制信号相连；所述电流源的正极同时与比较器的负向输入端以及第四MOS管的源极相连，并作为信号处理单元的输出端，电流源的负极与电源负极相连；所述比较器的正向输入端接一参考电压，比较器的负向输入端与信号处理单元的输出端相连；所述计数器与比较器的输出端相连；所述比较器的输出端及一第三控制信号分别与或门的两个输入端相连。

2.根据权利要求1所述的3D堆叠高动态CMOS图像传感器，其特征在于，通过设置所述计数器，在每次比较器输出端的输出电压由低变高时，计数器的输出计数增加1。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的3D堆叠高动态CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一MOS管至第四MOS管为NMOS管。

4.一种如权利要求2所述的3D堆叠高动态CMOS图像传感器的信号采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：在感光二极管曝光之后，将第二控制信号由低电平变为高电平，使第四MOS管导通；

步骤S02：之后，将第三控制信号由低电平变为高电平，使或门的输出电压由低变高，从而使第二MOS管导通，此时，输出端的输出值为第一电压；

步骤S03：之后，第三控制信号由高电平变为低电平，使或门的输出电压由高变低，从而使第二MOS管关断，将第一控制信号由低电平变为高电平，使第一MOS管导通，光电流通过第一MOS管对第二MOS管的源极放电，导致第三MOS管的栅极电压下降，输出端的输出值随之下降，当输出端的输出值低于设定的参考电压时，比较器的输出电压由低变高，此时，计数器的输出计数增加1；

步骤S04：之后，或门的输出电压由低变高，使第二MOS管导通，导致第三MOS管的栅极电压上升，输出端的输出值随之上升，比较器的输出电压由高变低，或门的输出电压由高变低，使第二MOS管关断；

步骤S05：光电流通过第一MOS管对第二MOS管的源极放电，导致第三MOS管的栅极电压下降，输出端的输出值随之下降，当输出端的输出值低于设定的参考电压时，比较器的输出电压由低变高，此时，计数器的输出计数增加1；

步骤S06：重复步骤S04和步骤S05；

步骤S07：最后，随着光电流的持续放电，第一控制信号由高电平变为低电平，使第一MOS管关断，此时，输出端的输出值为第二电压。

5.根据权利要求4所述的3D堆叠高动态CMOS图像传感器的信号采集方法，其特征在于，所述第一MOS管至第四MOS管为NMOS管。