像素放大裝置、包括其的cmos圖像傳感器及其操作方法
【專利摘要】公開了一種像素放大裝置及其CMOS圖像傳感器。像素放大裝置包括：像素偏置采樣單元，其對(duì)第一像素偏置電壓采樣；像素偏置電流供應(yīng)單元，其基于從像素偏置采樣單元輸出的采樣偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)至像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)；以及像素偏置電流添加單元，其響應(yīng)于第二像素偏置電壓和時(shí)段控制信號(hào)來將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)。
【專利說明】像素放大裝置、包括其的CMOS圖像傳感器及其操作方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2015年4月13日提交的第10-2015-0051960號(hào)的韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該韓國專利申請(qǐng)通過引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及一種圖像傳感器，更具體地，涉及一種CMOS圖像傳感器中的像素信號(hào)讀出技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器需要具有高速度和高密度，因此難以確保用于讀出像素?cái)?shù)據(jù)的充足的時(shí)間。
[0005]特別地，通過相關(guān)雙采樣(⑶S)方案將從像素陣列輸出的圖像數(shù)據(jù)(即，像素?cái)?shù)據(jù))傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)花費(fèi)很長時(shí)間。
[0006]圖1是圖示CMOS圖像傳感器的傳統(tǒng)像素的示圖。圖1圖示CMOS圖像傳感器的4晶體管像素的結(jié)構(gòu)，其是眾所周知的技術(shù)。
[0007]如圖1中所示，在傳統(tǒng)像素結(jié)構(gòu)中，在光電二極管(PD)中積累的電壓響應(yīng)于傳送信號(hào)TX而通過傳送晶體管Ml被傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD (其是像素源極跟隨器M2的輸入節(jié)點(diǎn)(即，柵極端子))。被傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓改變像素源極跟隨器M2的輸出電壓，該輸出電壓對(duì)應(yīng)于像素的輸出。以供參考，復(fù)位晶體管M4響應(yīng)于復(fù)位信號(hào)RX而將浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓復(fù)位，以及選擇晶體管M3響應(yīng)于選擇信號(hào)SX來將輸出電壓輸出至像素輸出節(jié)點(diǎn)VPXO。
[0008]然而，由于包括在像素陣列中的很多像素耦接至一個(gè)像素輸出節(jié)點(diǎn)，因此負(fù)載電容較大，且隨著CMOS圖像傳感器的像素密度增大，負(fù)載電容也增大。
[0009]由于這樣的負(fù)載電容，因此需要大量像素轉(zhuǎn)換時(shí)間以將浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0010]隨著每秒幀數(shù)(FPS)(即，CMOS圖像傳感器的每秒圖像幀數(shù))和像素密度增大，像素轉(zhuǎn)換時(shí)間變得不充足。
[0011]當(dāng)像素轉(zhuǎn)換時(shí)間不充足時(shí)，像素信號(hào)可能不被正確地傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而可以在CMOS圖像傳感器中出現(xiàn)噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的各種實(shí)施例是針對(duì)一種像素放大裝置、包括其的CMOS圖像傳感器及其操作方法，該像素放大裝置用于在對(duì)像素偏置電壓采樣時(shí)動(dòng)態(tài)地控制像素偏置電流的量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種像素放大裝置可以包括:像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣；像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)；以及像素偏置電流添加單元，適用于基于第二像素偏置電壓和時(shí)段控制信號(hào)來將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)。
[0014]像素偏置電流添加單元可以包括:開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)基于第二像素偏置電壓來額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0015]可以基于第二像素偏置電壓的電平來控制第二像素偏置電流的量。
[0016]對(duì)于像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段，像素偏置電流添加單元可以額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0017]在像素信號(hào)傳輸操作中，被包括在像素中的光電二極管基于傳送信號(hào)來將與入射光相對(duì)應(yīng)的電壓傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。
[0018]初始時(shí)段對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的激活時(shí)間點(diǎn)直到像素中包括的像素源極跟隨器的輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種CMOS圖像傳感器可以包括:像素陣列，適用于輸出與入射光相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)；像素偏置電壓發(fā)生單元，適用于產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓；像素放大裝置，適用于將與第一像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)，以及基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及讀出處理單元，適用于從像素放大裝置讀出像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。
[0020]像素放大裝置可以包括:像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣；像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及像素偏置電流添加單元，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)。
[0021]像素偏置電流添加單元可以包括:開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)額外地供應(yīng)與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流。
[0022]對(duì)于像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段，像素偏置電流添加單元可以額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0023]在像素信號(hào)傳輸操作中，被包括在像素中的光電二極管可以基于傳送信號(hào)來將與入射光相對(duì)應(yīng)的電壓傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。
[0024]初始時(shí)段對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的激活時(shí)間點(diǎn)直到像素中包括的像素源極跟隨器的輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種CMOS圖像傳感器的操作方法可以包括:產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓；對(duì)于單位行時(shí)間，將對(duì)應(yīng)于第一像素偏置電壓的第一像素偏置電流供應(yīng)至像素的輸出節(jié)點(diǎn)；在像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段期間，將對(duì)應(yīng)于第二像素偏置電壓的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)；以及讀出輸出節(jié)點(diǎn)的像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0026]圖1是圖示CMOS圖像傳感器的傳統(tǒng)像素的示圖。
[0027]圖2是圖示使用局部偏置采樣方案的CMOS圖像傳感器的示圖。
[0028]圖3是圖示使用全局偏置采樣方案的CMOS圖像傳感器的示圖。
[0029]圖4是用于描述CMOS圖像傳感器的操作的時(shí)序圖。
[0030]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的像素放大裝置的示圖。
[0031]圖6是用于描述包括圖5中所示的像素放大裝置的CMOS圖像傳感器的操作的時(shí)序圖。
[0032]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下將參照附圖來更詳細(xì)地描述各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同形式來實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文中所闡述的實(shí)施例。更確切地說，這些實(shí)施例被提供使得本公開將是徹底且完整的，并且這些實(shí)施例將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。貫穿本公開，相同的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的各種附圖和實(shí)施例中指代相同的部分。
[0034]附圖不一定成比例，在某些情況下，比例可以已經(jīng)被放大以清楚地說明實(shí)施例的特征。還要注意的是在此說明書中，“連接/耦接”指一個(gè)組件不僅直接耦接另一個(gè)組件，還通過中間組件來間接耦接另一個(gè)組件。另外，只要沒有明確提及，則單數(shù)形式可以包括復(fù)數(shù)形式。
[0035]圖2是圖示使用局部偏置采樣方案的CMOS圖像傳感器的示圖，以及圖3是圖示使用全局偏置采樣方案的CMOS圖像傳感器的示圖。
[0036]參照?qǐng)D2和圖3，CM0S圖像傳感器包括行解碼器21或31、像素陣列22或32、像素偏置電壓發(fā)生單元23或33、像素放大單元24或34以及讀出處理單元25或35。
[0037]行解碼器21或31根據(jù)行線來選擇像素，并且控制像素陣列22或32的操作。
[0038]像素陣列22或32包括多個(gè)像素來感測入射光，并且產(chǎn)生與感測到的光相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)。從像素陣列22或32中所包括的像素之中選擇的并且由行解碼器來驅(qū)動(dòng)的像素輸出像素信號(hào)。像素信號(hào)是模擬像素信號(hào)(即，電信號(hào))并且包括復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓。
[0039]像素偏置電壓發(fā)生單元23或33產(chǎn)生像素偏置電壓PBV，并且將像素偏置電壓PBV施加至像素放大單元24或34的像素偏置晶體管(被稱為負(fù)載晶體管)26或36。
[0040]像素放大單元24或34將來自像素陣列22或32的像素信號(hào)放大，并且將放大的像素信號(hào)傳送至讀出處理單元25或35。
[0041]讀出處理單元25或35讀出放大的像素信號(hào)，并且輸出讀出數(shù)據(jù)作為像素?cái)?shù)據(jù)。讀出處理單元25或35將像素信號(hào)(S卩，模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并且讀出該數(shù)字信號(hào)。為此，讀出處理單元25或35包括與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的多個(gè)讀出電路。此外，讀出處理單元25或35可以包括斜坡信號(hào)發(fā)生器、多個(gè)比較器、多個(gè)計(jì)數(shù)器、多個(gè)鎖存器、列地址解碼器和感測放大器等。每個(gè)讀出電路可以包括對(duì)應(yīng)的比較器、對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器和對(duì)應(yīng)的鎖存器。
[0042]施加至像素放大單元24或34中的像素偏置晶體管26或36的像素偏置電壓是直接從像素偏置電壓發(fā)生單元23或33供應(yīng)的。因此，由于從偏置電壓發(fā)生單元23或33產(chǎn)生的電路噪聲與偏置電壓PBV —起被施加至偏置晶體管26或36，因此圖像質(zhì)量可能劣化。像素放大單兀24或34包括與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的多個(gè)偏置晶體管26或36。
[0043]為了防止因噪聲導(dǎo)致的這種圖像質(zhì)量劣化，使用局部偏置采樣方案或全局偏置采樣方案。在局部偏置采樣方案中，采樣開關(guān)27和采樣電容器28對(duì)應(yīng)于像素放大單元24的各個(gè)列(見圖2)。在全局偏置采樣方案中，設(shè)置一個(gè)采樣開關(guān)37和一個(gè)采樣電容器38以用于所有列(見圖3)。
[0044]圖4是用于描述CMOS圖像傳感器的操作的時(shí)序圖。
[0045]參照?qǐng)D1和圖4，當(dāng)在光電二極管H)中積累的電壓響應(yīng)于傳送信號(hào)TX而被傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD (其是像素源極跟隨器M2的輸入節(jié)點(diǎn))時(shí)，像素輸出節(jié)點(diǎn)VPXO的電壓根據(jù)像素信號(hào)VPX0_C的強(qiáng)度而改變。以供參考，在圖4中，“VRAMP_C”表示斜坡信號(hào)。
[0046]然而，由于被包括在像素陣列中的很多像素耦接至像素輸出節(jié)點(diǎn)VPXO而負(fù)載電容較大，因此在光電二極管ro的電壓被傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之后，需要大量穩(wěn)定時(shí)間Tl來穩(wěn)定像素源極跟隨器M2的輸出電壓。
[0047]如上所述，當(dāng)像素源極跟隨器M2的輸出電壓未穩(wěn)定時(shí)，像素信號(hào)VPX0_CF會(huì)被正確地傳送。具體地，由于未傳送的像素信號(hào)VPX0_C的量因每個(gè)列路徑中的負(fù)載電容的差異而相差恒定值，因此產(chǎn)生列方向的固定模式噪聲(FPN)。
[0048]隨著CMOS圖像傳感器的FPS和像素密度增大，用于將像素信號(hào)VPX0_C傳送至讀出處理單元25或35的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的像素轉(zhuǎn)換時(shí)間變得不充足。當(dāng)像素轉(zhuǎn)換時(shí)間不充足時(shí)，像素信號(hào)VPX0_C可能不被正確地傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而在CMOS圖像傳感器中可能出現(xiàn)噪聲。
[0049]為了解決因不充足的像素轉(zhuǎn)換時(shí)間而產(chǎn)生噪聲的問題，可以增大像素偏置(即，用于像素源極跟隨器的偏置)電流。然而，增大的像素偏置電流可能導(dǎo)致CMOS圖像傳感器的功耗的增加。
[0050]在這方面，在本發(fā)明的實(shí)施例中，僅在像素信號(hào)VPX0_C被傳送的時(shí)段中增大像素偏置電流，使得像素轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短，同時(shí)將CMOS圖像傳感器的功耗增加最小化。
[0051]同時(shí)，為了去除從像素偏置電壓發(fā)生單元23或33引入的噪聲，對(duì)像素偏置電壓的輸入節(jié)點(diǎn)采樣。然而，當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)被采樣時(shí)，難以僅在特定時(shí)段中增大像素偏置電流。
[0052]在這方面，在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用了用于去除噪聲的像素偏置采樣功能，并且動(dòng)態(tài)地控制像素偏置電流的量，使得像素偏置電流僅在像素信號(hào)被傳送的時(shí)段中增大，這將參照?qǐng)D5和圖6來詳細(xì)描述。
[0053]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有電流控制功能的像素放大裝置的示圖。
[0054]如圖5中所示，像素放大裝置可以包括像素偏置采樣單元51、像素偏置電流供應(yīng)單元54和像素偏置電流添加單元55。
[0055]像素偏置采樣單元51對(duì)第一像素偏置電壓PBVl采樣。像素偏置電流供應(yīng)單元54將與像素偏置采樣單元51中的采樣來的像素偏置電壓(在下文中，被稱為“采樣偏置電壓”)相對(duì)應(yīng)的第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。像素偏置電流添加單元55根據(jù)第二像素偏置電壓PBV2和時(shí)段控制信號(hào)PBHP來在初始時(shí)段(即，像素信號(hào)被傳送的時(shí)段)中將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。時(shí)段控制信號(hào)PBHP在像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段期間被激活。
[0056]像素偏置采樣單元51可以對(duì)來自像素偏置電壓發(fā)生單元(圖7的73)的第一像素偏置電壓PBVl采樣以產(chǎn)生采樣偏置電壓，并將采樣偏置電壓施加至像素偏置電流供應(yīng)單元54。例如，像素偏置采樣單元51可以包括一個(gè)采樣開關(guān)52和一個(gè)采樣電容器53。采樣開關(guān)52可以根據(jù)來自外部控制單元(例如，時(shí)序發(fā)生器)的控制信號(hào)而導(dǎo)通/關(guān)斷。
[0057]像素偏置電流供應(yīng)單元54可以包括nMOS晶體管，nMOS晶體管具有接收采樣偏置電壓的柵極端子以及耦接在像素源極跟隨器的輸出節(jié)點(diǎn)VPOX與接地電源之間的漏極端子和源極端子。
[0058]像素偏置電流添加單元55包括開關(guān)部56和電流添加供應(yīng)部57。開關(guān)部56根據(jù)時(shí)段控制信號(hào)PBHP來在初始時(shí)段中使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；電流添加供應(yīng)部57在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部56使能時(shí)根據(jù)來自像素偏置電壓發(fā)生單元(圖7中的73)的第二像素偏置電壓PBV2來將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VP0X。調(diào)節(jié)第二像素偏置電壓PBV2的電平，使得有可能動(dòng)態(tài)地控制第二像素偏置電流的量。
[0059]開關(guān)部56可以由根據(jù)時(shí)段控制信號(hào)PBHP而導(dǎo)通/關(guān)斷的開關(guān)晶體管來實(shí)現(xiàn)。時(shí)段控制信號(hào)PBHP允許像素偏置電流添加供應(yīng)路徑僅在初始時(shí)段中被使能。電流添加供應(yīng)部57可以由用于電流添加的晶體管來實(shí)現(xiàn)，該晶體管通過經(jīng)由其柵極端子接收第二像素偏置電壓PBV2并且額外地供應(yīng)第二像素偏置電流來操作。
[0060]開關(guān)晶體管可以是nMOS晶體管，該nMOS晶體管具有耦接至像素源極跟隨器的輸出節(jié)點(diǎn)的漏極端子、接收時(shí)段控制信號(hào)PBHP的柵極端子以及耦接至用于電流添加的晶體管的漏極端子的源極端子。用于電流添加的晶體管可以是nMOS晶體管，該nMOS晶體管具有耦接至開關(guān)晶體管的源極端子的漏極端子、耦接至第二像素偏置電壓PBV2的柵極端子以及耦接至接地電源的源極端子。
[0061 ] 如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，像素偏置電流的路徑被劃分為兩個(gè)路徑。包括像素偏置采樣單元51和像素偏置電流供應(yīng)單元54的第一路徑具有與用來執(zhí)行去除噪聲的像素偏置采樣功能的傳統(tǒng)電路的配置基本上相同的配置，以及將第一像素偏置電流提供給像素源極跟隨器的輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。
[0062]包括像素偏置電流添加單元55的第二路徑僅在特定時(shí)段(即，在其中像素信號(hào)被傳送的初始時(shí)段)中執(zhí)行增大形成在輸出節(jié)點(diǎn)VPXO處的總像素偏置電流的功能。第二路徑的像素偏置電流添加單元55可以通過將開關(guān)晶體管和用于電流添加的晶體管添加至傳統(tǒng)像素偏置電路(即，第一路徑)來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)時(shí)段控制信號(hào)PBHP來控制開關(guān)晶體管以操作用于電流添加的晶體管，使得像素偏置電流僅在其中像素信號(hào)被傳送的初始時(shí)段被額外施加至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入節(jié)點(diǎn)，使得像素轉(zhuǎn)換時(shí)間減少。在其他時(shí)段中，第二路徑與像素輸出節(jié)點(diǎn)電分離，使得噪聲引入基本上被阻止。
[0063]如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，有可能有效地減少像素轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)基本上維持在現(xiàn)有像素偏置電路中執(zhí)行的用于噪聲去除的像素偏置采樣功能。即，有可能通過動(dòng)態(tài)地控制像素偏置電流的量來減少像素轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)通過基本上維持像素偏置采樣功能來基本上防止噪聲引入。
[0064]圖6是包括圖5中所示的像素放大裝置的CMOS圖像傳感器的操作的時(shí)序圖。
[0065]如圖6中所示，當(dāng)傳送信號(hào)TX被激活時(shí)，像素信號(hào)傳輸操作開始，在像素信號(hào)傳輸操作期間，光電二極管H)的數(shù)據(jù)被傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。通過使用時(shí)段控制信號(hào)PBHP，第二路徑的像素偏置電流添加單元55僅在像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段中被使能。初始時(shí)段可以對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的操作時(shí)間點(diǎn)直到像素源極跟隨器輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。因此，有可能減少像素源極跟隨器的輸出電壓VPX0_C的穩(wěn)定時(shí)間T2。
[0066]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的示圖。
[0067]如圖7中所示，CMOS圖像傳感器可以包括行解碼器71、像素陣列72、像素偏置電壓發(fā)生單元73、像素放大裝置74和讀出處理單元75。
[0068]行解碼器71根據(jù)行線來選擇像素，并且控制像素陣列72的操作。
[0069]像素陣列72包括多個(gè)像素來感測入射光，并且產(chǎn)生與感測到的光相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)。從像素陣列72中包括的像素之中選擇的并且由行解碼器71來驅(qū)動(dòng)的像素輸出像素信號(hào)。像素信號(hào)是模擬像素信號(hào)(即，電信號(hào))并且包括復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓。
[0070]像素偏置電壓發(fā)生單元73產(chǎn)生第一像素偏置電壓PBVl和第二像素偏置電壓PBV2，并且將第一像素偏置電壓PBVl和第二像素偏置電壓PBV2施加至像素放大裝置74的像素偏置晶體管和用于電流添加的晶體管。
[0071]像素放大裝置74可以基于第一像素偏置電壓PBVl來將第一像素偏置電流供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0，以及基于第二像素偏置電壓PBV2和時(shí)段控制信號(hào)PBHP而僅在初始時(shí)段中將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。
[0072]讀出處理單元75從像素放大單元74中讀出像素信號(hào)，以及輸出讀出的數(shù)據(jù)作為像素?cái)?shù)據(jù)。讀出處理單元75將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并且讀出該數(shù)據(jù)信號(hào)。為此，讀出處理單元75包括與各個(gè)列相對(duì)應(yīng)的多個(gè)讀出電路。此外，讀出處理單元75可以包括斜坡信號(hào)發(fā)生器、多個(gè)比較器、多個(gè)計(jì)數(shù)器、多個(gè)鎖存器、列地址解碼器和感測放大器等。每個(gè)讀出電路可以包括對(duì)應(yīng)的比較器、對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器和對(duì)應(yīng)的鎖存器。
[0073]再次參照?qǐng)D6，對(duì)于單位行時(shí)間(即，I水平時(shí)間)的復(fù)位時(shí)段，像素陣列72可以響應(yīng)于復(fù)位信號(hào)RX來輸出復(fù)位電壓作為像素信號(hào)VPX0_C。此時(shí)，像素放大裝置74可以將與第一像素偏置電壓PBVl相對(duì)應(yīng)的第一像素偏置電流供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。更詳細(xì)地，像素偏置電流供應(yīng)單元54可以基于通過對(duì)第一像素偏置電壓PBVl采樣而得到采樣偏置電壓來將第一像素偏置電流提供給輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。此外，像素偏置電流添加單元55可以響應(yīng)于時(shí)段控制信號(hào)PBHP而被禁止。換句話說，像素偏置電流添加單元55可以根據(jù)被去激活的時(shí)段控制信號(hào)PBHP來將輸出節(jié)點(diǎn)VPXO與接地電源電分離，從而基本上防止第二像素偏置電流被額外地供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。因此，可以阻止可能通過像素偏置電流添加單元55而被引入至輸出節(jié)點(diǎn)VPXO的噪聲。
[0074]此外，在I水平時(shí)間的信號(hào)時(shí)段期間，像素陣列72可以響應(yīng)于傳送信號(hào)TX來輸出像素信號(hào)電壓作為像素信號(hào)VPX0_C。在第一像素偏置電流正被供應(yīng)至輸出節(jié)點(diǎn)VPXO的同時(shí)，像素放大裝置74可以將與第二像素偏置電壓PBV2相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。更詳細(xì)地，像素偏置電流供應(yīng)單元54可以基于采樣偏置電壓來將第一像素偏置電流持續(xù)地提供給輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。像素偏置電流添加單元55可以響應(yīng)于時(shí)段控制信號(hào)PBHP而被使能。即，像素偏置電流添加單元55可以根據(jù)被激活的時(shí)段控制信號(hào)PBHP來將輸出節(jié)點(diǎn)VPXO電連接至接地電源，從而將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。像素偏置電流添加單元55可以僅在時(shí)段控制信號(hào)PBHP的激活時(shí)段中額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。例如，時(shí)段控制信號(hào)PBHP的激活時(shí)段是初始時(shí)段，以及可以包括初始時(shí)段，在初始時(shí)段中像素信號(hào)電壓被傳送至輸出節(jié)點(diǎn)VPX0。因此，與常規(guī)CMOS圖像傳感器(圖2和圖3)相比，將像素信號(hào)電壓傳送至輸出節(jié)點(diǎn)VPXO所需的時(shí)間(即，穩(wěn)定時(shí)間)減少。
[0075]讀出處理單元75可以基于被順序傳送至輸出節(jié)點(diǎn)VPXO的復(fù)位電壓與像素信號(hào)電壓來產(chǎn)生像素?cái)?shù)據(jù)。
[0076]雖然已經(jīng)出于說明的目的而描述了各種實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，在不脫離如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變和變型。
[0077]通過以上實(shí)施例可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵碌募夹g(shù)方案:
[0078]技術(shù)方案1.一種像素放大裝置，包括:
[0079]像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣；
[0080]像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)；以及
[0081]像素偏置電流添加單元，適用于基于第二像素偏置電壓和時(shí)段控制信號(hào)來將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給所述輸出節(jié)點(diǎn)。
[0082]技術(shù)方案2.如技術(shù)方案I所述的像素放大裝置，其中，像素偏置電流添加單元包括:
[0083]開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及
[0084]電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)基于第二像素偏置電壓來額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0085]技術(shù)方案3.如技術(shù)方案I所述的像素放大裝置，其中，基于第二像素偏置電壓的電平來控制第二像素偏置電流的量。
[0086]技術(shù)方案4.如技術(shù)方案I所述的像素放大裝置，其中，對(duì)于像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段，像素偏置電流添加單元額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0087]技術(shù)方案5.如技術(shù)方案4所述的像素放大裝置，其中，在像素信號(hào)傳輸操作中，被包括在像素中的光電二極管基于傳送信號(hào)來將與入射光相對(duì)應(yīng)的電壓傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。
[0088]技術(shù)方案6.如技術(shù)方案5所述的像素放大裝置，其中，初始時(shí)段對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的激活時(shí)間點(diǎn)直到被包括在像素中的像素源極跟隨器的輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。
[0089]技術(shù)方案7.—種CMOS圖像傳感器，包括:
[0090]像素陣列，適用于輸出與入射光相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)；
[0091]像素偏置電壓發(fā)生單元，適用于產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓；
[0092]像素放大裝置，適用于將與第一像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)，以及基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及
[0093]讀出處理單元，適用于從像素放大裝置讀出像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。
[0094]技術(shù)方案8.如技術(shù)方案7所述的CMOS圖像傳感器，其中，像素放大裝置包括:
[0095]像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣；
[0096]像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及
[0097]像素偏置電流添加單元，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)。
[0098]技術(shù)方案9.如技術(shù)方案8所述的CMOS圖像傳感器，其中，像素偏置電流添加單元包括:
[0099]開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及
[0100]電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)額外地供應(yīng)與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流。
[0101]技術(shù)方案10.如技術(shù)方案8所述的CMOS圖像傳感器，其中，對(duì)于像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段，像素偏置電流添加單元額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。
[0102]技術(shù)方案11.如技術(shù)方案10所述的CMOS圖像傳感器，其中，在像素信號(hào)傳輸操作中，被包括在像素中的光電二極管基于傳送信號(hào)來將與入射光相對(duì)應(yīng)的電壓傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。
[0103]技術(shù)方案12.如技術(shù)方案11所述的CMOS圖像傳感器，其中，初始時(shí)段對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的激活時(shí)間點(diǎn)直到被包括在像素中的像素源極跟隨器的輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。
[0104]技術(shù)方案13.—種CMOS圖像傳感器的操作方法，所述方法包括:
[0105]產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓；
[0106]對(duì)于單位行時(shí)間，將對(duì)應(yīng)于第一像素偏置電壓的第一像素偏置電流供應(yīng)至像素的輸出節(jié)點(diǎn)；
[0107]在像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段期間，將對(duì)應(yīng)于第二像素偏置電壓的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至所述輸出節(jié)點(diǎn)；以及
[0108]讀出輸出節(jié)點(diǎn)的像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種像素放大裝置，包括: 像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣； 像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)；以及 像素偏置電流添加單元，適用于基于第二像素偏置電壓和時(shí)段控制信號(hào)來將第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給所述輸出節(jié)點(diǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的像素放大裝置，其中，像素偏置電流添加單元包括: 開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及 電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)基于第二像素偏置電壓來額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。3.如權(quán)利要求1所述的像素放大裝置，其中，基于第二像素偏置電壓的電平來控制第二像素偏置電流的量。4.如權(quán)利要求1所述的像素放大裝置，其中，對(duì)于像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段，像素偏置電流添加單元額外地供應(yīng)第二像素偏置電流。5.如權(quán)利要求4所述的像素放大裝置，其中，在像素信號(hào)傳輸操作中，被包括在像素中的光電二極管基于傳送信號(hào)來將與入射光相對(duì)應(yīng)的電壓傳送至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。6.如權(quán)利要求5所述的像素放大裝置，其中，初始時(shí)段對(duì)應(yīng)于從傳送信號(hào)的激活時(shí)間點(diǎn)直到被包括在像素中的像素源極跟隨器的輸出電壓的穩(wěn)定時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。7.—種CMOS圖像傳感器，包括: 像素陣列，適用于輸出與入射光相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)； 像素偏置電壓發(fā)生單元，適用于產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓； 像素放大裝置，適用于將與第一像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第一像素偏置電流供應(yīng)給像素信號(hào)的輸出節(jié)點(diǎn)，以及基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及 讀出處理單元，適用于從像素放大裝置讀出像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。8.如權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器，其中，像素放大裝置包括: 像素偏置采樣單元，適用于對(duì)第一像素偏置電壓采樣； 像素偏置電流供應(yīng)單元，適用于基于采樣來的偏置電壓來將第一像素偏置電流供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)；以及 像素偏置電流添加單元，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來將與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)給輸出節(jié)點(diǎn)。9.如權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器，其中，像素偏置電流添加單元包括: 開關(guān)部，適用于基于時(shí)段控制信號(hào)來使能像素偏置電流添加供應(yīng)路徑；以及 電流添加供應(yīng)部，適用于在像素偏置電流添加供應(yīng)路徑被開關(guān)部使能時(shí)額外地供應(yīng)與第二像素偏置電壓相對(duì)應(yīng)的第二像素偏置電流。10.一種CMOS圖像傳感器的操作方法，所述方法包括: 產(chǎn)生第一像素偏置電壓和第二像素偏置電壓； 對(duì)于單位行時(shí)間，將對(duì)應(yīng)于第一像素偏置電壓的第一像素偏置電流供應(yīng)至像素的輸出節(jié)點(diǎn)； 在像素信號(hào)傳輸操作的初始時(shí)段期間，將對(duì)應(yīng)于第二像素偏置電壓的第二像素偏置電流額外地供應(yīng)至所述輸出節(jié)點(diǎn)；以及 讀出輸出節(jié)點(diǎn)的像素信號(hào)以輸出作為像素?cái)?shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04N5/357GK106060428SQ201510830996
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日
【發(fā)明人】金兌勛, 李雄熙
【申請(qǐng)人】愛思開海力士有限公司