本申請涉及圖像傳感器電路領域，尤其涉及一種雙通道單柵極源極跟隨器及低隨機電報信號噪聲像素電路。

背景技術：

1、在半導體圖像傳感器的設計和制造中，像素的信號噪聲問題一直是影響圖像質(zhì)量的重要因素之一。特別是在低光條件下，像素中的隨機電報信號(random?telegraphsignal，rts)噪聲會導致像素在暗處隨機閃爍，從而顯著降低圖像和視頻的質(zhì)量。這種現(xiàn)象尤其在高靈敏度傳感器中表現(xiàn)明顯，例如手機攝像頭、安防監(jiān)控系統(tǒng)以及科學成像設備等。

2、rts噪聲的產(chǎn)生主要與像素中的源極跟隨器(source?follower,sf)晶體管有關。為了降低rts噪聲，傳統(tǒng)的解決方案是通過增大sf晶體管的寬度來增加柵極面積，這可以提高晶體管的穩(wěn)定性，使得sf晶體管的跨導gm增大。然而，在像素尺寸受到限制的情況下，尤其是小像素(例如1.0微米及以下)的設計中，增大sf晶體管的寬度會減少光電二極管(photodiode,pd)的面積，從而降低光子吸收能力和滿阱容量，最終影響整個像素的光電轉(zhuǎn)換效率。

3、在不影響光電二極管面積的前提下，如何有效地增加sf晶體管的面積，特別是提高電流路徑寬度，進而降低rts噪聲，成為小像素設計中的一個重要挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N雙通道單柵極源極跟隨器及應用該源極跟隨器的像素電路，以降低像素電路中的rts噪聲，提高圖像傳感器的圖像質(zhì)量。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種雙通道單柵極源極跟隨器，用于低隨機電報信號噪聲的像素電路，包括：第一源極跟隨晶體管和第二源極跟隨晶體管；上述第一源極跟隨晶體管與第二源極跟隨晶體管并聯(lián)連接；上述第一源極跟隨晶體管的漏極與上述第二源極跟隨晶體管的漏極均連接于電源電壓vdd；上述第一源極跟隨晶體管的柵極與上述第二源極跟隨晶體管的柵極相連，并連接于上述像素電路中的光電二極管ppd以及復位電路；上述第一源極跟隨晶體管的源極與上述第二源極跟隨晶體管的源極均與上述像素電路的位線選擇晶體管相連。

3、為了降低rts噪聲，需要提高電流路徑寬度，也即增大源極跟隨器的跨導。傳統(tǒng)的像素電路中，增大源極跟隨器的跨導通常通過增加源極跟隨器的柵極面積來實現(xiàn)，然而，在小像素電路中，像素尺寸受到限制，增大源極跟隨器的柵極面積會導致光電二極管的可用面積變小，從而降低光子吸收能力和滿阱容量，最終影響整個像素的光電轉(zhuǎn)換效率。本申請實施例通過設置2個并聯(lián)的源極跟隨晶體管，形成2個并聯(lián)的電流信號通道，使得源極跟隨器的跨導提升，在不顯著增加像素功耗的情況下，提高了更好的噪聲抑制效果。

4、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管及上述第二源極跟隨晶體管為金屬-氧化物-半導體型場效應管(metal?oxide?semiconductor?field?effecttransistor，mosfet)。

5、在本申請實施例中，由于mosfet具備輸入阻抗高、開關速度快及無二次擊穿等特性，可以使得源極跟隨器表現(xiàn)出更加穩(wěn)定的特性。

6、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管與上述第二源極跟隨晶體管通過共享柵極的方式產(chǎn)生柵極連接。

7、共享柵極可以指兩個源極跟隨晶體管共用同一個柵極。在本申請實施例中，通過共享柵極的方式將兩源極跟隨晶體管的多晶硅柵極相連，不再需要用多余的金屬走線連接原本單獨的兩個源極跟隨晶體管的柵極，降低了金屬布線的復雜性，還可以提高整體系統(tǒng)的電容增益。

8、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管及上述第二源極跟隨晶體管的溝道寬長比取值范圍為0.2/1.16-0.22/1，即5/29-11/50。

9、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管的溝道寬長比與上述第二源極跟隨晶體管的溝道寬長比相同。

10、本申請實施例中，通過將兩源極跟隨晶體管的尺寸設置為完全相同，可以提供雙倍的跨導，同時減小工藝尺寸上的不匹配問題。

11、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管的溝道寬長比與上述第二源極跟隨晶體管的溝道寬長比均為0.22/1.16，即11/58。

12、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述第一源極跟隨晶體管的柵極與上述第二源極跟隨晶體管的柵極相連，并連接于上述像素電路中的光電二極管ppd的浮動擴散節(jié)點；上述第一源極跟隨晶體管的源極與上述第二源極跟隨晶體管的源極均與上述像素電路的位線選擇晶體管的漏極相連。

13、第二方面，本申請實施例提供了一種低隨機電報信號rts噪聲像素電路，所述像素電路包括：如上述第一方面或第一方面的任一種可能得實現(xiàn)方式所提供的雙通道單柵極源極跟隨器；光電二極管，上述光電二極管的浮動擴散節(jié)點與上述雙通道單柵極源極跟隨器的柵極相連；復位電路，上述復位電路與上述光電二極管的浮動擴散節(jié)點相連；選擇電路，上述選擇電路與上述雙通道單柵極源極跟隨器的源極相連。

14、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述復位電路包括復位晶體管，上述復位晶體管的源極與上述光電二極管的浮動擴散節(jié)點相連，上述復位晶體管的柵極與復位信號rst相連，上述復位晶體管的漏極與電源vdd相連。

15、在一種可能的實現(xiàn)方式中，上述選擇電路包括位線選擇晶體管，上述位線選擇晶體管的漏極與上述雙通道單柵極源極跟隨器的源極相連，上述位線選擇晶體管的柵極與選擇信號sel相連，上述位線選擇晶體管的源極與列信號傳輸線col?bus相連。

16、本申請?zhí)峁┑碾p通道單柵極源極跟隨器及對應的像素電路，具備更寬的電流路徑，且布局布線簡單，能夠有效地降低像素電路中的rts噪聲，提升圖像傳感器的成像質(zhì)量。

技術特征：

1.一種雙通道單柵極源極跟隨器，用于低隨機電報信號噪聲的像素電路，其特征在于，所述雙通道單柵極源極跟隨器包括：

2.如權利要求1所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管及所述第二源極跟隨晶體管為金屬-氧化物-半導體型場效應管mosfet。

3.如權利要求2所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管與所述第二源極跟隨晶體管通過共享柵極的方式產(chǎn)生柵極連接。

4.如權利要求3所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管及所述第二源極跟隨晶體管的溝道寬長比取值范圍為5/29-11/50。

5.如權利要求1-4中任一所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管的尺寸與所述第二源極跟隨晶體管的尺寸相同。

6.如權利要求5所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管的溝道寬長比與所述第二源極跟隨晶體管的溝道寬長比均為11/58。

7.如權利要求1所述的雙通道單柵極源極跟隨器，其特征在于：所述第一源極跟隨晶體管的柵極與所述第二源極跟隨晶體管的柵極相連，并連接于所述像素電路中的光電二極管ppd的浮動擴散節(jié)點。

8.一種低隨機電報信號rts噪聲像素電路，其特征在于，包括：

9.如權利要求8所述的低隨機電報信號rts噪聲像素電路，其特征在于：所述復位電路包括復位晶體管，所述復位晶體管的源極與所述光電二極管的浮動擴散節(jié)點相連，所述復位晶體管的柵極與復位信號rst相連，所述復位晶體管的漏極與電源vdd相連。

10.如權利要求8-9任一所述的低隨機電報信號rts噪聲像素電路，其特征在于：所述選擇電路包括位線選擇晶體管，所述位線選擇晶體管的漏極與所述雙通道單柵極源極跟隨器的源極相連，所述位線選擇晶體管的柵極與選擇信號sel相連，所述位線選擇晶體管的源極與列信號傳輸線col?bus相連。

技術總結(jié)
本申請實施例提供一種雙通道單柵極源極跟隨器，用于低隨機電報信號噪聲的像素電路。該雙通道單柵極源極跟隨器包括：第一源極跟隨晶體管和第二源極跟隨晶體管；第一源極跟隨晶體管與第二源極跟隨晶體管并聯(lián)連接；第一源極跟隨晶體管的漏極與第二源極跟隨晶體管的漏極均連接于電源電壓VDD；第一源極跟隨晶體管的柵極與第二源極跟隨晶體管的柵極相連，并連接于像素電路中的光電二極管PPD以及復位電路；第一源極跟隨晶體管的源極與第二源極跟隨晶體管的源極均與像素電路的位線選擇晶體管相連。本申請中的雙通道單柵極源極跟隨器通過設置雙通道的方式，使得像素電路可以在不減少光電二極管面積的前提下，有效地增加SF晶體管的面積，提高電流路徑寬度，進而降低RTS噪聲。

技術研發(fā)人員：王棟,高云飛,杰伊·榮格
受保護的技術使用者：深圳市元視芯智能科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23