[发明专利]图像传感器

说明书

本发明提供一种图像传感器，包括至少两个相同的子像素单元，子像素单元包括电荷曝光转移结构和电容反馈跨导放大器，电容反馈跨导放大器包括积分电容、初始化晶体管和源极跟随器，隔直电容的两端分别与电荷曝光转移结构、源极跟随器的栅极耦接，源极跟随器的源极接入基准电压；积分电容的两端分别与源极跟随器的栅极和漏级耦接，用于对源极跟随器将要输出的信号进行积分放大，初始化晶体管的源极和漏级分别与积分电容的两端耦接，用于对积分电容进行复位。本发明将像素分为多个子像素单元进行分段驱动，并在每个子像素单元中配置CTIA，以此来降低CTIA输入端的寄生电容，从而降低CTIA的噪声，提升图像传感器的信噪比，提高成像效果。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，特别涉及一种基于CTIA像素架构的CMOS图像传感器。

背景技术

目前光谱成像在矿产资源勘测、生物医学鉴定、食品检测、大气研究等领域有着广泛的应用。光谱仪主要包括光源系统、分光成像系统和接收器件。元素的原子在激发光源的作用下发射谱线，谱线经过分光成像系统分光后形成光谱，每种元素都有自己的特征谱线，谱线的强度代表试样中元素的含量，将所分离的各个光谱通过图像传感器的感光阵列进行光电转换，再经过读出电路进行模数转换，最后进行数据处理和读出。

如今的光谱仪接收器件大多采用CMOS图像传感器，这使光谱仪具备了以前没有的特点，比如扫描速度快、定量分析精度高以及扫描的光谱范围宽。

现有的CMOS图像传感器，在每列像素的下侧配置一个电容反馈跨导放大器（Capacitive Transimpedance Amplifier，简称CTIA），垂直方向上的各个像素单元输出信号短接，由一根金属线将信号传输到CTIA的输入端，将信号在CTIA的积分电容上积分放大，再向读出电路输入。

由于CTIA位于像素阵列的一侧，导致列总线过长，使CTIA输入端的寄生电容过大，CTIA的噪声过大，会降低CMOS图像传感器的信噪比，影响成像效果。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提出以一种图像传感器，通过对像素进行分段驱动，并在每个子像素单元中配置CTIA，以此来降低CTIA输入端的寄生电容，从而降低CTIA的噪声，提升图像传感器的信噪比，提高成像效果。

具体地，本发明提供的图像传感器包括像素读出结构和像素读出电路，像素读出电路包括隔直电容，像素读出结构包括至少两个相同的子像素单元，子像素单元包括电荷曝光转移结构和电容反馈跨导放大器，电容反馈跨导放大器包括积分电容、初始化晶体管和源极跟随器，隔直电容的一端与电荷曝光转移结构耦接，另一端与源极跟随器的栅极耦接，用于阻隔直流；源极跟随器的源极接入基准电压，源极跟随器的漏级作为信号输出端；积分电容的两端分别与源极跟随器的栅极和漏级耦接，用于对源极跟随器将要输出的信号进行积分放大，初始化晶体管的源极和漏级分别与积分电容的两端耦接，用于对积分电容进行复位。

优选地，所述像素读出电路还包括与子像素单元数量相同的负载电流源，负载电流源与源极跟随器耦接，用于为源极跟随器提供偏置电流。

优选地，所述像素读出电路还包括与各子像素单元中源极跟随器耦接的可编程增益放大器，各源极跟随器将信号输出至可编程增益放大器，通过可编程增益放大器对各路信号进行加和放大输出。

优选地，所述像素读出电路进一步包括采样保持电路和A/D转换器，可编程增益放大器耦接、采样保持电路与A/D转换器依次耦接，经可编程增益放大器加和放大的信号通过采样保持电路进行模拟采样并读出，再通过A/D转换器进行数字转换。