專利名稱：圖像傳感器的信號讀出電路及模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子電路，并且更具體地涉及圖像傳感器的信號讀出電路及模塊。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器已廣泛應(yīng)用于各種需要進(jìn)行數(shù)字成像的領(lǐng)域，例如數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等電子產(chǎn)品中。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換方式的不同，圖像傳感器通常可以分為兩類電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器。其中，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，因此，CMOS圖像傳感器易于集成在例如手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等便攜電子設(shè)備中，作為提供數(shù)字成像功能的攝像模組使用。CMOS圖像傳感器的像素單元通常采用3T結(jié)構(gòu)和4T結(jié)構(gòu)，用于響應(yīng)于像素單元的感光而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，也即用于圖像傳感器的信號讀出。以4T結(jié)構(gòu)為例，如圖1所示， 4T結(jié)構(gòu)的像素單元10中包含4個晶體管，分別是傳輸晶體管11、復(fù)位晶體管12、源跟隨晶體管13和選通晶體管14。在選通晶體管14開啟(即該像素所在的行被選通)的初始階段， 傳輸晶體管11關(guān)閉，經(jīng)過一段時間的感光后，光生載流子存儲在光電二極管15中；然后，開啟復(fù)位晶體管12，對浮置擴(kuò)散點102復(fù)位，源跟隨晶體管13的源端的電壓跟隨柵極電壓的變化，從而電路10在輸出端103輸出一個復(fù)位電平；接著，關(guān)閉復(fù)位晶體管12，開啟傳輸晶體管11，將光電二極管15中的光生電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點102上，從而浮置擴(kuò)散點102的電平產(chǎn)生變化，源跟隨晶體管13的源端的電壓跟隨柵極電壓的變化，從而電路10在輸出端 103輸出一個信號電平；與該像素單元10電學(xué)連接的信號處理電路(未示出)對該復(fù)位電平和信號電平進(jìn)行比較等操作，即得到光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的信號。在此過程中，信號的幅度與浮置擴(kuò)散點102得到的復(fù)位電平的高低有關(guān)，復(fù)位電平越高就越有利于獲得較大的信號幅度。然而，由于復(fù)位晶體管12固有的閾值損失等問題，在復(fù)位過程中，通常不能將電源電平無損失地傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點102，因此將導(dǎo)致圖像傳感器的動態(tài)范圍不夠大。

實用新型內(nèi)容可見，需要提供一種圖像傳感器的信號讀出電路，該電路能夠?qū)Ω≈脭U(kuò)散點復(fù)位到足夠高的電平。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種圖像傳感器的信號讀出模塊，包括復(fù)位晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于浮置擴(kuò)散點，另一個端部耦接于復(fù)位電壓，以及復(fù)位信號調(diào)整模塊，耦接于所述柵極，所述復(fù)位信號調(diào)整模塊配置為在對所述浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，給所述柵極提供較高的柵極電壓，使得所述柵極電壓與所述復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于所述復(fù)位電壓。由于在對所述浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，所述柵極電壓與所述復(fù)位晶體
4管的閾值電壓的差值高于或者等于所述復(fù)位電壓，因此克服了由于閾值損失而使得浮置擴(kuò)散點的電平不能提高到復(fù)位電壓的缺陷。根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供了一種圖像傳感器的信號讀出電路，包括復(fù)位晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個耦接于浮置擴(kuò)散點，另一個耦接于選通信號，所述柵極耦接于復(fù)位信號，其中，所述選通信號用于選通所述復(fù)位晶體管所在的像素，所述復(fù)位信號用于對所述浮置擴(kuò)散點復(fù)位；以及復(fù)位信號調(diào)整模塊，用于將所述復(fù)位晶體管耦接于所述復(fù)位信號，所述復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于所述復(fù)位晶體管的所述柵極，所述調(diào)整晶體管的所述柵極耦接于電源；以及切換模塊，配置為響應(yīng)于控制信號從而使得當(dāng)所述復(fù)位晶體管所在的像素被選通時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于電源，以及當(dāng)所述像素的信號電荷被朝向所述浮置擴(kuò)散點轉(zhuǎn)移時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于所述復(fù)位信號。由于當(dāng)所述復(fù)位晶體管所在的像素被選通時，選通信號通過復(fù)位晶體管端部與柵極之間的寄生電容饋通到柵極并疊加在選通之前復(fù)位晶體管的柵極電壓上，由此得到了增高的柵極電壓，并且由于所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于電源，因此該調(diào)整晶體管的導(dǎo)通電阻較大，進(jìn)而該調(diào)整晶體管提供了較大的RC延遲，使得增高的柵極電壓能夠維持，從而浮置擴(kuò)散點能夠被復(fù)位到與選通信號大致相同的電平。

通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細(xì)描述，能夠更容易地理解本實用新型的特征、目的和優(yōu)點。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的裝置圖1示出了一種現(xiàn)有的圖像傳感器的像素單元的基本結(jié)構(gòu)，圖2示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的圖像傳感器的信號讀出模塊，圖3示出了圖2的信號讀出模塊的一個示例性的運行方式，圖4示出了圖2的信號讀出模塊的另一個示例性的運行方式，圖5示出了圖2的信號讀出模塊的一個示例性的實現(xiàn)方式，圖6示出了圖5的信號讀出模塊的一個示例性的運行方式，圖7示出了圖5的信號讀出模塊的一個示例性的具體構(gòu)成，圖8示出了圖5的信號讀出模塊的另一個示例性的具體構(gòu)成，圖9示出了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的圖像傳感器的信號讀出模塊，圖10示出了圖9的信號讀出模塊的一個示例性的運行方式，圖11示出了圖9的信號讀出模塊的一個示例性的構(gòu)成，圖12示出了圖11的信號讀出模塊的一個示例性的運行方式。
具體實施方式
在以下優(yōu)選的實施例的具體描述中，將參考構(gòu)成本實用新型一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據(jù)本實用新型的所有實施例?？梢岳斫?，在不偏離本實用新型的范圍的前提下，可以利用其他實施例，也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描
5述并非限制性的，且本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求所限定。CMOS圖像傳感器通常采用3T或4T的像素結(jié)構(gòu)。3T像素結(jié)構(gòu)是指在CMOS圖像傳感器像素陣列的每一個像素中，除了用于感光的光電二極管外，還包括3個晶體管，分別是復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管以及行選擇晶體管。4T像素結(jié)構(gòu)則在3T像素結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了一個傳輸晶體管。對于本實用新型的信號處理電路及處理方法，其既可以對3T像素結(jié)構(gòu)圖像傳感器的信號進(jìn)行處理，也可以對4T像素結(jié)構(gòu)圖像傳感器的信號進(jìn)行處理，在下面的實施例中，僅以4T像素結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，但應(yīng)認(rèn)識到，包括3T像素結(jié)構(gòu)或其他像素結(jié)構(gòu)在內(nèi)的其他類型的圖像傳感器亦屬于本實用新型的范圍。根據(jù)本實用新型的一個實施例，提供了一種用于圖像傳感器像素的信號讀出的方法，包括在通過復(fù)位晶體管對該圖像傳感器像素的浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，給該復(fù)位晶體管的柵極提供較高的柵極電壓，使得該柵極電壓與該復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于復(fù)位電壓。由于該柵極電壓與該復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于復(fù)位電壓，復(fù)位電壓能夠經(jīng)由該復(fù)位晶體管無損失地傳輸?shù)皆摳≈脭U(kuò)散點。
以下結(jié)合附圖描述可以用于實施該方法的圖像傳感器的信號讀出模塊。圖2示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的圖像傳感器的信號讀出模塊20。該示例的信號讀出模塊20包括傳輸晶體管21，復(fù)位晶體管22，源跟隨晶體管23，選通晶體管 M，光電二極管25，復(fù)位信號調(diào)整模塊沈。如圖所示，復(fù)位晶體管22的一端接收復(fù)位電壓 201，例如VDD，另一端耦接于浮置擴(kuò)散點202，柵極通過復(fù)位信號調(diào)整模塊沈耦接于復(fù)位信號204，以下結(jié)合圖3、圖4描述圖2的信號讀出模塊20的工作過程。圖3示出了圖2的信號讀出模塊20的一個示例性的運行方式。如圖所示，在時刻 t31，選通信號206有效，與信號讀出模塊20相關(guān)聯(lián)的像素被選通，同時復(fù)位信號調(diào)整模塊 26給復(fù)位晶體管22的柵極提供調(diào)整的復(fù)位信號205并且在時間T31內(nèi)保持復(fù)位信號205 在提高的電平水平，源跟隨晶體管23的源端的電壓跟隨柵極電壓的變化，從而電路20在輸出端203輸出一個復(fù)位電平，在時刻t32，該調(diào)整的復(fù)位信號205變?yōu)榈碗娖?，即結(jié)束對浮置擴(kuò)散點202的復(fù)位操作；在從時刻t33至?xí)r刻t34的時段T32內(nèi)，傳輸信號207有效，光電二極管25中的信號電荷被朝向浮置擴(kuò)散點202傳輸，從而浮置擴(kuò)散點202的電平產(chǎn)生變化，源跟隨晶體管23的源端的電壓跟隨柵極電壓的變化，從而電路20在輸出端203輸出一個信號電平；與該電路20電學(xué)連接的信號處理電路(未示出)對該復(fù)位電平和信號電平進(jìn)行比較等操作，即得到光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的信號。在時刻t35選通信號206變?yōu)榈碗娖?，與信號讀出模塊20相關(guān)聯(lián)的像素被關(guān)斷。如圖所示，由于在時間T31內(nèi)經(jīng)過調(diào)整的復(fù)位信號205相對于初始的復(fù)位信號204 是提高的，復(fù)位電壓201能夠經(jīng)由復(fù)位晶體管22無損失地傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點202。具體地， 信號205被提供給復(fù)位晶體管22的柵極，并且在對浮置擴(kuò)散點202進(jìn)行復(fù)位的時間內(nèi)，給該柵極提供較高的柵極電壓，該柵極電壓與復(fù)位晶體管22的閾值電壓的差值高于或者等于該復(fù)位晶體管22的漏端所接收的復(fù)位電壓201，因此，直到浮置擴(kuò)散點202的電平被拉高到復(fù)位電壓201時，復(fù)位晶體管22不會截止。圖4示出了圖2的信號讀出模塊20的另一個示例性的運行方式。如圖所示，復(fù)位信號204和調(diào)整的復(fù)位信號205是位于選通信號206的有效期間的脈沖信號，在從時刻t41 到時刻t42的時間T41內(nèi)對浮置擴(kuò)散點202進(jìn)行復(fù)位，在此時間內(nèi)調(diào)整的復(fù)位信號205相
6對于初始的復(fù)位信號204是提高的，調(diào)整的復(fù)位信號205的電平與復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于復(fù)位電壓201。例如，復(fù)位電壓201為3. 5V，復(fù)位晶體管22的閾值電壓為0. 7V，調(diào)整的復(fù)位信號205的電平高于或者等于4. 2V (例如5V)，從而在對浮置擴(kuò)散點 202進(jìn)行復(fù)位的期間，復(fù)位電壓201可以無損失的傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點202。需要說明的是，圖4示出的復(fù)位信號204和調(diào)整的復(fù)位信號205的脈沖寬度是相同的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，調(diào)整的復(fù)位信號205的脈沖寬度可以不同于復(fù)位信號204 的脈沖寬度，調(diào)整的復(fù)位信號205可以相對于復(fù)位信號204有適度的偏移，只要滿足以下條件即可在對浮置擴(kuò)散點202進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，調(diào)整的復(fù)位信號205的電平與復(fù)位晶體管22的閾值電壓的差值高于或者等于復(fù)位電壓201。此處，“預(yù)定時間”可以是對浮置擴(kuò)散點202進(jìn)行復(fù)位的時間，例如T31 (圖3)、T41 (圖4)，或者是對浮置擴(kuò)散點202進(jìn)行復(fù)位的時間的一部分，該“預(yù)定時間”足夠長從而使得復(fù)位電壓201能夠傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點202。圖5示出了圖2的信號讀出模塊的一個示例性的實現(xiàn)方式。如圖所示，復(fù)位晶體管22的漏端接收的復(fù)位電壓501是復(fù)位電壓脈沖，復(fù)位信號調(diào)整模塊沈包括調(diào)整晶體管 51和切換模塊52，其中，調(diào)整晶體管51包括端部511、端部512以及柵極513，端部511耦接于復(fù)位晶體管22的柵極，調(diào)整晶體管51的柵極513耦接于電源VDD，另一個端部512通過切換模塊52耦接至電源Vdd或者復(fù)位信號204。由于調(diào)整晶體管51的柵極513耦接于電源VDD，且調(diào)整晶體管51為NM0S，調(diào)整晶體管51 —直處于開啟狀態(tài)。圖6示出了圖5的信號讀出模塊50的一個示例性的運行方式。在運行中，切換模塊52響應(yīng)于控制信號502從而使得在控制信號502為低電平時調(diào)整晶體管51的端部512 耦接于電源VDD，在控制信號502為高電平時調(diào)整晶體管51的端部512耦接于復(fù)位信號204 ； 即在圖中示出的時間內(nèi)，在時刻t63之前和時刻t64之后，調(diào)整晶體管51的端部512耦接于電源VDD，在時刻t63和時刻t64之間，調(diào)整晶體管51的端部512耦接于復(fù)位信號204。圖(b)示出了調(diào)整晶體管51的端部512耦接于電源Vdd的情形，假設(shè)Vdd為3. 5V， 調(diào)整晶體管51的閾值電壓為0. 7V，那么端部511的電壓約為2. 8V,也即加載在復(fù)位晶體管 22的柵極的初始電壓約為2. 8V。由于此時調(diào)整晶體管51的端部512的電壓與柵極513的電壓相同，調(diào)整晶體管51的導(dǎo)通電阻非常大，調(diào)整晶體管51的端部511可以看作是浮置的，當(dāng)復(fù)位晶體管22的端部接收復(fù)位電壓脈沖501時，該脈沖501通過復(fù)位晶體管22的柵漏電容饋通到復(fù)位晶體管22的柵極并疊加在柵極的初始電壓2. 8V上，其結(jié)果是，復(fù)位晶體管22的柵極的電壓被提高至大約5V左右，該值與復(fù)位晶體管22的閾值電壓的差值高于復(fù)位脈沖501的高電平3. 5V，并且，由于調(diào)整晶體管51此時的導(dǎo)通電阻非常大，該提高的柵極電壓能夠被保持，從而使得3. 5V能夠無損失地傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點202。圖(c)示出了調(diào)整晶體管51的端部512耦接于復(fù)位信號204的情形。在時刻t63 至?xí)r刻t64內(nèi)，復(fù)位信號604處于低電平，因此，調(diào)整晶體管51的柵源電壓較大，由于晶體管的導(dǎo)通電阻和柵源電壓成反比，此時調(diào)整晶體管51的導(dǎo)通電阻較小，因此調(diào)整晶體管51 的端部511的電壓能夠在較短時間內(nèi)拉至低電平，可以近似認(rèn)為復(fù)位晶體管22在時刻t63 被關(guān)閉。接著，在傳輸信號607的控制下傳輸晶體管21被開啟，浮置擴(kuò)散點202的電平從復(fù)位電平變?yōu)樾盘栯娖?。圖6的示例性的運行方式的實質(zhì)是在進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，在復(fù)位晶體管的柵極與復(fù)位信號之間提供大于第一預(yù)定值的第一 RC延遲，并且在復(fù)位晶體管的一個端部提
7供復(fù)位電壓脈沖，從而在復(fù)位晶體管的柵極得到提高的柵極電壓并且該提高的柵極電壓可以被保持；在結(jié)束對復(fù)位晶體管的復(fù)位操作后，在復(fù)位晶體管的柵極和復(fù)位信號之間提供低于第二預(yù)定值的第二 RC延遲，從而復(fù)位晶體管的柵極電壓可以較快第被拉到低電平以實現(xiàn)復(fù)位晶體管的關(guān)斷。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，第一預(yù)定值越大，復(fù)位晶體管的柵極與復(fù)位信號之間的第一 RC延遲越長，從而復(fù)位晶體管的柵極電壓可以被保持的時間越長；第二預(yù)定值越小， 復(fù)位晶體管的柵極與復(fù)位信號之間的第二 RC延遲越短，從而復(fù)位晶體管的柵極電壓可以被更快速地拉至低電平。該第一預(yù)定值和第二預(yù)定值可以根據(jù)需要來確定。圖7示出了圖5的信號讀出模塊50的一個示例性的具體構(gòu)成。為簡明目的，圖7 僅示出了復(fù)位信號調(diào)整模塊和復(fù)位晶體管。如圖所示，切換模塊52包括PMOS晶體管71和第二 NMOS晶體管72，PM0S晶體管71的端部711和NMOS晶體管72的端部721分別耦接調(diào)整晶體管51的端部512，PMOS晶體管71的端部712耦接電源VDD，NMOS晶體管72的端部 722耦接復(fù)位信號204，PMOS晶體管71的柵極713和NMOS晶體管72的柵極723分別耦接控制信號502。仍參考圖6，當(dāng)控制信號502位于低電平時，PMOS晶體管71開啟，NMOS晶體管72 關(guān)閉，因此調(diào)整晶體管51的端部512耦接于電源Vdd ；當(dāng)控制信號502位于高電平時，NMOS 晶體管72開啟，PMOS晶體管71關(guān)閉，因此調(diào)整晶體管52的端部耦接于復(fù)位信號204。需要說明的是，圖5的切換模塊52可以具有不同的構(gòu)成。圖8示出了圖5的切換模塊52的另一個示例性的構(gòu)成。為簡明目的，圖8僅示出了復(fù)位信號調(diào)整模塊和復(fù)位晶體管。如圖所示，切換模塊52包括PMOS晶體管71，第二 NMOS晶體管72，以及第二 PMOS晶體管81，第二 PMOS晶體管81和第二 NMOS晶體管72并聯(lián)，該第二 PMOS晶體管81的柵極813 耦接于與控制信號502反相的信號801，該信號801可以通過，例如，切換模塊52內(nèi)的一個反相器(未示出)得到。仍參考圖6，當(dāng)控制信號502位于低電平時，PMOS晶體管71開啟，NMOS晶體管72 以及PMOS晶體管81關(guān)閉，因此調(diào)整晶體管51的端部512耦接于電源Vdd ；當(dāng)控制信號502 位于高電平時，NMOS晶體管72以及PMOS晶體管81開啟，PMOS晶體管71關(guān)閉，因此調(diào)整晶體管52的端部耦接于復(fù)位信號204。作為圖2的一個替換例，圖9根據(jù)本實用新型的另一個實施例的圖像傳感器的信號讀出模塊90，如圖所示，復(fù)位晶體管92的端部接收的復(fù)位電壓901即為選通信號，并且， 如圖9所示，該示例性的信號讀出模塊90可以不包括圖2中的選通晶體管M，在該例子中復(fù)位晶體管92即起到復(fù)位的作用又起到選通的作用。圖10示出了圖9所示的信號讀出模塊90的運行過程的另一個例子，下面結(jié)合圖 10描述信號讀出模塊90的運行。在該例子中，復(fù)位電壓901包括選通信號，在運行中，切換模塊962響應(yīng)于控制信號963從而使得在控制信號963為低電平時調(diào)整晶體管961的端部972耦接于電源VDD，在控制信號963為高電平時調(diào)整晶體管961的端部972耦接于復(fù)位信號904 ；即在圖中示出的時間段內(nèi)，在時刻1102之前和時刻1103之后，調(diào)整晶體管961 的端部972耦接于電源VDD，在時刻tl02和時刻tl03之間，調(diào)整晶體管961的端部972耦接于復(fù)位信號604。圖(b)示出了調(diào)整晶體管961的端部972耦接于電源Vdd的情形，假設(shè)Vdd為3.5V，
8調(diào)整晶體管961的閾值電壓為0. 7V，那么端部971的電壓約為2. 8V，也即加載在復(fù)位晶體管92的柵極的初始電壓約為2. 8V。由于此時調(diào)整晶體管961的端部972的電壓與柵極973 的電壓相同，調(diào)整晶體管961的導(dǎo)通電阻非常大，調(diào)整晶體管961的端部971可以看作是浮置的，當(dāng)復(fù)位晶體管92的端部接收復(fù)位電壓脈沖901時，該脈沖901通過復(fù)位晶體管92的柵漏電容饋通到復(fù)位晶體管92的柵極并疊加在柵極的初始電壓2. 8V上，其結(jié)果是，復(fù)位晶體管92的柵極的電壓被提高至大約5V左右，該值與復(fù)位晶體管92的閾值電壓的差值高于復(fù)位脈沖901的高電平3. 5V，并且，由于調(diào)整晶體管961此時的導(dǎo)通電阻非常大，該提高的柵極電壓能夠被保持，從而使得3. 5V能夠無損失地傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點902。圖(c)示出了調(diào)整晶體管961的端部972耦接于復(fù)位信號904的情形。在時刻 tl02至?xí)r刻tl03內(nèi)，復(fù)位信號904處于低電平，因此，調(diào)整晶體管961的柵源電壓較大，由于晶體管的導(dǎo)通電阻和柵源電壓成反比，此時調(diào)整晶體管961的導(dǎo)通電阻較小，因此調(diào)整晶體管961的端部971的電壓能夠在較短時間內(nèi)拉至低電平，可以近似認(rèn)為復(fù)位晶體管92 在時刻tl02被關(guān)閉。接著，在傳輸信號907的控制下傳輸晶體管91被開啟，浮置擴(kuò)散點 902的電平從復(fù)位電平變?yōu)樾盘栯娖?。從以上描述可以看出，圖9所示的信號讀出模塊90可以使得復(fù)位晶體管92 —端接收的復(fù)位電壓901能夠無損失的傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點902，從而相對于圖1的信號讀出模塊 10提高了圖像傳感器的動態(tài)范圍。除了上述優(yōu)點，圖9所示的信號讀出模塊90可以不包括選通晶體管，由復(fù)位晶體管92實現(xiàn)復(fù)位和選通的功能，因此相對于圖1的信號讀出模塊10減少了像素電路面積。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，圖9的切換模塊962可以具有多種構(gòu)成，圖7和圖8所示出的切換模塊52的電路構(gòu)成也適用于圖9的切換模塊962。圖11示出了圖9的信號讀出模塊90的一個示例性的構(gòu)成。如圖11所示，信號讀出電路110包括復(fù)位信號調(diào)整模塊和復(fù)位晶體管111。其中，復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管111，以及由PMOS晶體管112、第二 PMOS晶體管113、第二 NMOS晶體管114構(gòu)成的切換模塊，其中，該切換模塊的控制信號與復(fù)位晶體管92的復(fù)位電壓分別包括選通信號1101。 選通信號1101由復(fù)位晶體管92的一個端部接收，并且為了控制切換模塊，選通信號1101 被施加在晶體管112、114的柵極，選通信號1101的反相信號1102被施加在晶體管113的柵極。以下結(jié)合圖12說明圖11的信號讀出電路110的一個示例性運行方式。如圖12所示，在時刻tl21之前，控制信號1101位于低電平，晶體管112開啟，晶體管113、114關(guān)閉，切換模塊將調(diào)整晶體管111的端部耦接至電源VDD，如圖12(b)所示，假設(shè)Vdd為3. 5V，調(diào)整晶體管111的閾值電壓為0. 7V，此時調(diào)整晶體管111耦接至復(fù)位晶體管的端部的電壓約為2. 8V，此時調(diào)整晶體管111的耦接至電源Vdd的端部電壓與柵極電壓相等，此時調(diào)整晶體管111的導(dǎo)通電阻非常大，調(diào)整晶體管111的耦接至復(fù)位晶體管22的端部看作是浮置的；在時刻tl21和tl22之間，控制信號1101位于高電平，晶體管112關(guān)閉， 晶體管113、114開啟，切換模塊將調(diào)整晶體管111的端部耦接至復(fù)位信號1104，如圖12(c) 所示，由于此時復(fù)位信號1104位于高電平，調(diào)整晶體管111仍然保持高的導(dǎo)通電阻。當(dāng)復(fù)位電壓1101在時刻tl21從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，該信號通過復(fù)位晶體管92 的柵漏電容饋通到柵極并且疊加在柵極的初始電壓2. 8V上，由此得到提高的柵極電壓(大約為5V)，由于柵極電壓與復(fù)位晶體管92的閾值電壓的差值大于復(fù)位電壓1101的值3. 5V,
9并且由于調(diào)整晶體管111此時的導(dǎo)通電阻非常大，該提高的柵極電壓能夠被保持，因此復(fù)位電壓1101可以無損失的傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散點902。當(dāng)復(fù)位信號1104在時刻tl22從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，調(diào)整晶體管111的柵源電壓較大，由于晶體管的導(dǎo)通電阻和柵源電壓成反比，此時調(diào)整晶體管111的導(dǎo)通電阻較小， 因此調(diào)整晶體管111的耦接至復(fù)位晶體管92的端部的電壓(即復(fù)位晶體管92的柵極電壓)能夠在較短時間內(nèi)拉至低電平，可以近似認(rèn)為復(fù)位晶體管92在時刻tl22被關(guān)閉。接著，在傳輸信號207的控制下傳輸晶體管91被開啟，浮置擴(kuò)散點902的電平從復(fù)位電平變?yōu)樾盘栯娖健Ｒ陨辖Y(jié)合圖2至圖12描述了根據(jù)本實用新型的復(fù)位信號調(diào)整模塊的示例性實施方式，需要說明的是，根據(jù)本實用新型的復(fù)位信號調(diào)整模塊實施方式不限于此，根據(jù)本實用新型的復(fù)位信號調(diào)整模塊可以采用任何適合的方式實現(xiàn)，例如，可以采用例如電荷泵的升壓轉(zhuǎn)換器在對浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位期間將復(fù)位晶體管的柵極電壓升壓轉(zhuǎn)換到適合的水平， 該水平使得復(fù)位晶體管柵極的電壓與閾值電壓的差值大于或者等于復(fù)位電壓。根據(jù)本實用新型的一個實施例，提供了一種圖像傳感器，包括以上描述的任意一種信號讀出模塊或電路。在一個例子中，該圖像傳感器的位于同一行的各個像素共用以上描述的任意一種復(fù)位信號調(diào)整模塊，在復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管的情況下，該調(diào)整晶體管的一個端部分別耦接于該同一行的各個像素的復(fù)位晶體管的柵極，從而提供經(jīng)過調(diào)整的復(fù)位信號。在本公開中，為示范目的，電路實施例的運作參照方法實施例描述。然而，應(yīng)該理解本公開中電路的運作和方法的實現(xiàn)互相獨立。也就是說，所公開的電路實施例可以依照其他方法運作，所公開的方法實施例可以通過其他電路實現(xiàn)。盡管在附圖和前述的描述中詳細(xì)闡明和描述了本實用新型，應(yīng)認(rèn)為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本實用新型不限于所上述實施方式。那些本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復(fù)數(shù)。在實用新型的實際應(yīng)用中，一個零件可能執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對范圍的限制。
10
權(quán)利要求1.一種圖像傳感器的信號讀出電路，包括復(fù)位晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個耦接于浮置擴(kuò)散點，另一個耦接于選通信號，所述柵極耦接于復(fù)位信號，其中，所述選通信號用于選通所述復(fù)位晶體管所在的像素，所述復(fù)位信號用于對所述浮置擴(kuò)散點復(fù)位，以及復(fù)位信號調(diào)整模塊，用于將所述復(fù)位晶體管耦接于所述復(fù)位信號，所述復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于所述復(fù)位晶體管的所述柵極，所述調(diào)整晶體管的所述柵極耦接于電源，以及切換模塊，配置為響應(yīng)于控制信號從而使得當(dāng)所述復(fù)位晶體管所在的像素被選通時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于電源，以及當(dāng)所述像素的信號電荷被朝向所述浮置擴(kuò)散點轉(zhuǎn)移時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于所述復(fù)位信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號讀出電路，其特征在于，所述復(fù)位晶體管和所述調(diào)整晶體管包括NMOS。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號讀出電路，其特征在于，所述切換模塊包括PMOS以及第二NM0S，其中，所述PMOS和第二NMOS的一個端部分別耦接于所述調(diào)整晶體管的所述另一個端部，所述PMOS和第二 NMOS的另一個端部分別耦接于電源和所述復(fù)位信號，述PMOS和第二 NMOS的柵極分別耦接于所述控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號讀出電路，其特征在于，所述切換模塊還包括第二PM0S， 所述第二 PMOS與所述第二 NMOS并聯(lián)，所述第二 PMOS的柵極耦接 于與所述控制信號反相的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號讀出電路，其特征在于，所述控制信號包括所述選通信號，并且當(dāng)所述選通信號位于有效電平時所述復(fù)位信號位于有效電平。
6.一種圖像傳感器，包括權(quán)利要求1-5任意一項所述的信號讀出電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器的位于同一行的各個像素共用所述復(fù)位信號調(diào)整模塊，并且所述調(diào)整晶體管的所述兩個端部中的一個端部分別耦接于所述同一行的各個像素的復(fù)位晶體管的柵極。
8.一種圖像傳感器的信號讀出模塊，包括復(fù)位晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于浮置擴(kuò)散點，另一個端部耦接于復(fù)位電壓，以及復(fù)位信號調(diào)整模塊，耦接于所述柵極，所述復(fù)位信號調(diào)整模塊配置為在對所述浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，給所述柵極提供較高的柵極電壓，使得所述柵極電壓與所述復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于所述復(fù)位電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8述的信號讀出模塊，其特征在于，所述復(fù)位電壓包括復(fù)位電壓脈沖，以及所述復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于所述復(fù)位晶體管的所述柵極，所述調(diào)整晶體管的所述柵極耦接于電源，以及切換模塊，配置為響應(yīng)于控制信號從而使得當(dāng)所述復(fù)位電壓脈沖起始時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于電源，以及當(dāng)所述復(fù)位晶體管所在的像素的信號電荷被朝向所述浮置擴(kuò)散點轉(zhuǎn)移時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于所述復(fù)位信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8述的信號讀出模塊，其特征在于，所述復(fù)位電壓包括選通信號，其中，所述選通信號用于選通所述復(fù)位晶體管所在的像素，以及所述復(fù)位信號調(diào)整模塊包括調(diào)整晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于所述復(fù)位晶體管的所述柵極，所述調(diào)整晶體管的所述柵極耦接于電源，以及切換模塊，配置為響應(yīng)于控制信號從而使得當(dāng)所述復(fù)位晶體管所在的像素被選通時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于電源，以及當(dāng)所述像素的信號電荷被朝向所述浮置擴(kuò)散點轉(zhuǎn)移時，所述調(diào)整晶體管的另一個端部已經(jīng)耦接于所述復(fù)位信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10述的信號讀出模塊，其特征在于，所述控制信號包括所述選通信號。
專利摘要本實用新型涉及一種圖像傳感器的信號讀出模塊，包括復(fù)位晶體管，包括兩個端部和一個柵極，所述兩個端部中的一個端部耦接于浮置擴(kuò)散點，另一個端部耦接于復(fù)位電壓，以及復(fù)位信號調(diào)整模塊，耦接于所述柵極，所述復(fù)位信號調(diào)整模塊配置為在對所述浮置擴(kuò)散點進(jìn)行復(fù)位的預(yù)定時間內(nèi)，給所述柵極提供較高的柵極電壓，使得所述柵極電壓與所述復(fù)位晶體管的閾值電壓的差值高于或者等于所述復(fù)位電壓。
文檔編號H04N5/374GK202150896SQ20112021708
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者喬勁軒, 李 杰, 趙立新 申請人:格科微電子(上海)有限公司