[实用新型]图像传感器像素电路

说明书

本申请涉及图像传感器像素电路。一种光电二极管响应于暴露于光中而生成光生电荷。积分周期收集这些光生电荷。超过溢出阈值的所收集光生电荷被传递至溢出感测节点。剩余的所收集光生电荷被传递至感测节点。从该溢出感测节点中读取表示这些溢出光生电荷的第一信号。从该感测节点中读取表示这些剩余光生电荷的第二信号。根据本申请的方案，可以提供具有高动态范围的图像传感器。

技术领域

本实用新型涉及图像传感器，并且具体地，涉及具有高动态范围的图像传感器。

背景技术

参照图1，该图示出了常规图像传感器像素10的电路图。像素10包括光电二极管12，该光电二极管具有耦合至第一电源电压节点(V_衬底；即，衬底电压，例如，地电势)14的阳极以及耦合至电荷收集节点16的阴极。光电二极管12可以例如属于引脚式光电二极管类型。n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)18(被称为抗晕光晶体管)具有耦合至电荷收集节点16的源极端子以及耦合至第二电源电压节点(Vrt；即，像素参考电压)20的漏极端子。耦合抗晕光晶体管18的栅极端子以便接收抗晕光晶体管控制信号(Cab)。n沟道MOSFET 22(被称为传输门晶体管)具有耦合至电荷收集节点16的源极端子以及耦合至感测节点24的漏极端子。耦合传输门晶体管22的栅极端子以便接收传输门控制信号(Ctg)。感测节点24在本领域中也被称为浮动扩散节点并且具有相关联的寄生电容。n沟道MOSFET 26(被称为复位晶体管)具有耦合至第三电源电压节点(Vrst；即，像素复位电压)28的漏极端子和耦合至感测节点24的源极端子。电压Vrt和Vrst根据应用而可以或可以不处于相同电压电势。耦合复位晶体管26的栅极端子以便接收复位控制信号(Crst)。n沟道MOSFET 30具有耦合至感测节点24的栅极端子。晶体管30起源极跟随器晶体管的作用。源极跟随器晶体管30的漏极端子耦合至第二电源电压节点(Vrt)20，而源极端子耦合至中间(读取)节点32。中间节点32处的电压跟随感测节点24处的电压。n沟道MOSFET 34(被称为读取晶体管)具有耦合至中间节点32的漏极端子和耦合至输出线路(VX)36的源极节点。耦合读取晶体管34的栅极端子以便接收读取控制信号(Crd)。在像素电路10是像素阵列的一部分的实施例中，输出线路(VX)可由阵列的列中的多个像素共享。

现在另外地参照图2。对像素10的操作如下：首先将像素10置于复位模式。抗晕光晶体管控制信号(Cab)被断言接通抗晕光晶体管18(参考号70)并对光电二极管12进行复位。复位控制信号(Crst)也被断言接通复位晶体管26(参考号72)并对感测节点24进行复位。然后，像素10进入积分阶段。复位控制信号(Crst)被解除断言提高相应势垒(参考号74)。由光电二极管12接收光40，并且在电荷收集节点16处的电荷收集区域中产生(参考号76)光生电荷。如果光40很强，或者积分时间段太长，则可能产生使电荷收集节点16处的阴极电势下降到光电二极管12的阳极电势以下的过量光生电荷。在这种情况下，光电二极管12变得被正向偏置，并且过量电荷将溢出到相邻像素中。这种效应在本领域中被称为“晕光”。为了解决此问题，抗晕光二极管控制信号(Cab)被设置为将稍微减小抗晕光晶体管18所呈现的势垒的电压电平(参考号78)。在这种配置中，过量光生电荷相反传递(参考号80)至抗晕光晶体管18的漏极端子。在积分阶段结束时，像素10进入电荷转移阶段。抗晕光晶体管控制信号(Cab)被解除断言提高相应势垒(参考号82)。传输门控制信号(Ctg)被断言降低相应势垒(参考号84)，并且光生电荷由传输门晶体管22传递至感测节点24(参考号86)。像素10现在进入读出阶段。感测节点24上的电压电势经由源极跟随器晶体管30转移至中间(读取)节点32。读取控制信号(Crd)被断言接通读取晶体管34并将中间节点32处的电压转移至输出线路(VX)36(参考号88)。

以以上所描述的方式来进行的对像素10的操作可能对动态范围具有不利影响。虽然抗晕光电路和操作用于解决与晕光有关的问题，但是通过抗晕光晶体管18排出到电流节点20中的光生电荷丢失并且根本不贡献于读出到输出线路(VX)36中的信号。

实用新型内容