像素陣列、圖像傳感器系統及用于提供像素陣列的轉換增益的方法技術方案

本申請案涉及一種像素陣列、圖像傳感器系統及用于提供像素陣列的轉換增益的方法。本發明專利技術涉及用于使像素陣列提供轉換增益級的技術及機制。在一實施例中，所述像素陣列包含將在不同時間針對不同操作模式選擇性地配置的轉換增益控制電路，每一模式用于實施相應轉換增益。所述轉換增益控制電路選擇性地提供所述像素單元到供應電壓的切換式耦合及/或所述像素單元與供應電壓的切換式解耦。在另一實施例中，所述轉換增益控制電路選擇性地提供所述像素單元到取樣與保持電路的切換式耦合及/或所述像素單元和取樣與保持電路的切換式解耦。

【技術實現步驟摘要】
像素陣列、圖像傳感器系統及用于提供像素陣列的轉換增益的方法
本專利技術大體來說涉及圖像傳感器，且特定來說(但非排他性地)涉及互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器。
技術介紹
像素單元的轉換增益是指所述像素單元的浮動擴散(FD)節點處的電壓改變與針對所述電壓改變傳送到FD節點的電荷量的比率。高轉換增益對于在低照明條件下操作的CMOS圖像傳感器來說為有利的，因為增益是在信號序列的早期階段處施加的，借此產生相當低的讀取噪聲。然而，當光子散粒噪聲為主要噪聲源時，高轉換增益在相當高的照明條件下通常導致較低噪聲較低信噪比(SNR)。雙重轉換增益(DCG)圖像傳感器具有高光環境下的高全阱容量(因此較高信噪比)及低光環境下的較低讀取噪聲的優點。當前，通過給像素單元添加彼此串聯耦合于接地電壓與像素單元的FD節點之間的電容器及控制晶體管來實施所述像素單元的DCG。可基于曝光控制信號而接通或關斷控制晶體管以將電容器連接到FD節點或將其切斷連接，從而實現雙重轉換增益。然而，所述電容器及控制晶體管兩者均占用硅空間，從而導致像素單元的光電二極管的減小的填充因數。對于小像素大小的圖像傳感器來說，此可能成問題。隨著像素單元大小繼續縮減，圖像傳感器技術對用于提供轉換增益的空間低效機制越來越敏感。
技術實現思路
在一個方面中，本專利技術提供一種像素陣列，其包括：像素單元，其包含源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管；第一跡線，其耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二跡線，其用以從所述行選擇晶體管接收所述像素單元的輸出；開關電路，其包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及所述行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由所述第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；所述開關電路用以基于控制信號而在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。在另一方面中，本專利技術提供一種圖像傳感器系統，其包括：像素陣列，其包含：像素單元，其包括：源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管；第一跡線，其耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二跡線，其用以從所述行選擇晶體管接收所述像素單元的輸出；開關電路，其包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及所述行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由所述第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；所述開關電路用以基于控制信號而在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。在另一方面中，本專利技術提供一種方法，其包括：在像素陣列的像素單元處：響應于入射于光電二極管上的光而在所述光電二極管處積累電荷；借助耦合到所述光電二極管及浮動擴散節點的傳送晶體管，基于所述所積累電荷而使所述浮動擴散節點達到一電壓電平；及基于所述浮動擴散節點達到所述電壓電平而從源極跟隨器晶體管輸出放大信號，其中所述源極跟隨器晶體管傳導經由源極跟隨器第一跡線載運的電流，其中所述像素單元基于所述放大信號而輸出模擬信號；及借助控制信號，使所述像素陣列的開關電路在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述開關電路包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；其中所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，且其中所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。附圖說明在附圖的各圖中以實例的方式而非限制的方式圖解說明本專利技術的各種實施例，且附圖中：圖1是圖解說明根據一實施例的成像系統的元件的框圖。圖2是圖解說明根據一實施例的像素陣列的元件的電路圖。圖3是圖解說明根據一實施例的像素陣列的元件的電路圖。圖4是圖解說明根據一實施例的像素陣列的元件的布局圖。圖5是圖解說明根據一實施例的用于操作成像系統的方法的要素的流程圖。具體實施方式本文中所論述的實施例不同地提供用于用像素陣列實施多個轉換增益級中的任一者的技術及/或機制。在當前像素陣列架構中，到某些跡線(例如，包含讀出跡線及/或源極跟隨器供應跡線)的各種連接為固定的。舉例來說，常規像素陣列的源極跟隨器供應跡線通常直接或以其它方式固定地耦合到用于在像素陣列的操作期間提供供應電壓的節點。此外，在常規像素陣列中讀出跡線到列讀出電路(或行讀出電路)的連接對于像素陣列的一個或一個以上不同轉換增益來說通常不變。相比之下，根據一個實施例的像素陣列包含用于各自用于讀出跡線及源極跟隨器供應跡線中的相應一者的動態改變的切換式連接的機制，其中此動態改變是針對不同的相應轉換增益級。圖1展示根據一實施例的成像系統100的元件。光學器件101(其可包含折射、衍射或反射光學器件或這些光學器件的組合)可耦合到圖像傳感器102以將圖像聚焦到圖像傳感器102的像素陣列104中的像素上。像素陣列104可捕獲所述圖像且成像系統100的其余部分可處理來自所述圖像的像素數據。以圖解說明而非限制的方式，圖像傳感器102可包括像素陣列104及信號讀取與處理電路110。圖像傳感器102可(舉例來說)包含包括布置成行106及列108的多個像素的像素陣列104。在像素陣列104捕獲圖像的操作期間，像素陣列104中的一個或一個以上像素可各自在特定曝光周期期間捕獲相應入射光(即，光子)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種像素陣列，其包括：像素單元，其包含源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管；第一跡線，其耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二跡線，其用以從所述行選擇晶體管接收所述像素單元的輸出；開關電路，其包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨器晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及所述行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由所述第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；所述開關電路用以基于控制信號而在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。...

【技術特征摘要】
2013.02.21 US 13/773,4371.一種像素陣列，其包括：像素單元，其包含源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管；第一跡線，其耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二跡線，其用以從所述行選擇晶體管接收所述像素單元的輸出；開關電路，其包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨器晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及所述行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由所述第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；所述開關電路用以基于控制信號而在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。2.根據權利要求1所述的像素陣列，其中所述源極跟隨器晶體管包括柵極及第一端子，其中所述像素單元進一步包括耦合到所述像素單元的浮動擴散區及所述源極跟隨器晶體管的所述柵極的第三跡線，且其中所述第一跡線包括主干部分及從所述第一部分延伸的第一分支部分，其中所述第一分支部分與所述第三跡線的一部分平行且接近地延伸，其中所述第一分支部分用于電連接到所述像素單元的元件的任何連接點是用于電連接到所述第一端子的。3.根據權利要求2所述的像素陣列，所述第一分支部分包括：第一區段，其沿著第一方向線與所述第三跡線的第一側平行且接近地延伸；及第二區段，其沿著第二方向線與所述第三跡線的第二側平行且接近地延伸。4.根據權利要求2所述的像素陣列，所述第一跡線進一步包括：第二分支部分，其從所述主干部分延伸，其中所述第二分支部分與所述第三跡線的一部分平行且接近地延伸，其中所述第二分支部分用于電連接到所述像素單元的元件的任何連接點是用于電連接到所述第一端子的。5.根據權利要求2所述的像素陣列，其中所述第三跡線及所述第一跡線兩者均在第一金屬層中。6.一種圖像傳感器系統，其包括：像素陣列，其包含：像素單元，其包括：源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管；第一跡線，其耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二跡線，其用以從所述行選擇晶體管接收所述像素單元的輸出；開關電路，其包含：第一晶體管，其耦合到供應電壓及所述源極跟隨器晶體管，其中所述第一晶體管經由所述第一跡線的第一部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第二晶體管，其耦合到取樣與保持電路及所述源極跟隨器晶體管，其中所述第二晶體管經由所述第一跡線的第二部分耦合到所述源極跟隨器晶體管；第三晶體管，其耦合到所述供應電壓及所述行選擇晶體管，其中所述第三晶體管經由所述第二跡線的第一部分耦合到所述行選擇晶體管；及第四晶體管，其耦合到所述取樣與保持電路及所述行選擇晶體管，其中所述第四晶體管經由所述第二跡線的第二部分耦合到所述行選擇晶體管；所述開關電路用以基于控制信號而在第一操作模式與第二操作模式之間轉變，所述第一操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應非作用狀態中，所述第二操作模式包含所述第一晶體管及所述第四晶體管各自處于相應非作用狀態中且所述第二晶體管及所述第三晶體管各自處于相應作用狀態中。7.根據權利要求6所述的圖像傳感器系統，其進一步包括用以將所述控制信號...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛杜利，文森特·韋內齊亞，陳剛，戴森·H·戴，霍華德·羅茲，
申請(專利權)人：全視科技有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US