[发明专利]图像传感器和操作图像传感器的像素簇的方法

说明书

提供了一种图像传感器和操作图像传感器的像素簇的方法。该图像传感器包括控制器和多个像素簇。每个像素簇包括耦合到复位晶体管、浮置扩散节点、源极跟随器和选择晶体管的多个像素，选择晶体管耦合到选择信号。像素簇的每个像素包括光电二极管和传送晶体管，传送晶体管具有耦合到光电二极管的第一端子、耦合到浮置扩散节点的第二端子、以及栅极。控制器被配置为响应于像素操作而向传送晶体管的栅极施加传送控制信号，传送控制信号是正电压电平、负电压电平和接地电压电平中的一个。

本申请要求于2020年6月22日提交的美国专利申请No.US16/90.7342，发明名称为“TWO LEVEL TX LOW CONTROL FOR SIMULTANEOUS IMPROVED NOISE AND DARK CURRENT”的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用合并至本申请中。

技术领域

本发明涉及图像传感器装置，更具体地，涉及具有减少的暗电流的图像传感器及其操作方法。

背景技术

具有高像素数的现代图像传感器通过共用像素控制线和列并行读出实现了非常密集的像素配置。良好的图像质量需要来自单个像素的低读出噪声，甚至要求降低跨像素行或列相关的噪声。在大型图像传感器阵列中要满足这一要求可能是一项具有挑战性的要求。噪声最常见的原因是在像素读出期间从共用噪声源耦合到像素。此类噪声的一个常见来源是共用像素控制信号。在像素读出期间接地的控制信号通常不会将噪声耦合到像素中。用于控制像素复位的NMOS晶体管的控制信号就是一个这样的示例，因为该控制信号在像素复位之后并在像素输出信号的任何ADC测量值被测量之前返回到地。选择用于读出的像素行的控制信号是另一种情况的示例，因为对于该像素的 NMOS版本，控制电压必须被驱动为高电平并在像素输出电压测量期间保持高电平。管理像素传送栅极的控制信号是不同的情况。它通常在ADC测量像素的复位值时处于低电压，并且在像素的输出值正在被测量时也处于低电压。然而，出于像素性能的考虑，TX控制信号被驱动到的低电压经常低于0V。这种低电压不接地，并且必须通过芯片电路以非常低的噪声方式产生，以避免产生在像素读出期间不利地耦合到像素的大的共用噪声源。

发明内容

本发明实施例提供了一种新颖的技术方案，用于读取具有减小的暗电流的图像传感器的像素。本发明构思的示例性实施例利用新颖的像素聚类方案。本发明构思与多个光电二极管共用同一读出结构的图像传感器有关。

在本发明的一个方面，图像传感器可以包括控制器和多个像素簇。每个像素簇包括耦合到复位晶体管、浮置扩散节点、源极跟随器和选择晶体管的多个像素，其中，选择晶体管耦合到选择信号。在一个实施例中，像素簇的每个像素包括光电二极管和传送晶体管，传送晶体管具有耦合到光电二极管的第一端子、耦合到浮置扩散节点的第二端子、以及栅极。在一个实施例中，控制器被配置为响应于像素操作阶段而向传送晶体管的栅极施加传送控制信号，传送控制信号具有正电压电平、负电压电平和接地电压电平中的一个。控制器被配置为在曝光间隔期间持续地将负电压电平施加到传送晶体管，将接地电压电平施加到复位晶体管和选择晶体管。控制器还被配置为将正电压电平和接地电压电平交替地施加到复位晶体管和传送晶体管，以使浮置扩散节点加载有与VDD-RST相关联的电信号和与每个像素相关联的像素信号，并通过读出线将所述电信号和像素信号传送到ADC以进行数据转换和数据存储。

在一个实施例中，图像传感器还包括缓冲电路，该缓冲电路被配置为将正电压电平、负电压电平和接地电压电平施加到传送控制信号。

在本发明的另一个方面，提供了一种操作图像传感器的像素簇的方法，像素簇包括耦合到复位晶体管、浮置扩散节点，源极跟随器和选择晶体管的多个像素。该方法可以包括提供具有正电压电平、接地电压电平和负电压电平的多个电压，在像素的曝光间隔期间施加负电压电平到耦合到相应光电二极管的每个传送晶体管的栅极，在读出间隔期间，在持续地施加正电压电平到选择晶体管的同时交替地施加正电压电平和接地电压电平到复位晶体管和传送晶体管。