專(zhuān)利名稱(chēng)：像素驅(qū)動(dòng)電路及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及圖像傳感器，尤其涉及含有共享部件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的像素電路。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器包括在例如移動(dòng)電話和數(shù)字照相機(jī)那樣的普通電子設(shè)備中。CMOS圖像傳感器將圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，和輸出數(shù)字圖像信號(hào)。這樣的數(shù)字圖像信號(hào)通常被按三色(紅色、綠色和藍(lán)色)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。在經(jīng)過(guò)處理之后，數(shù)字圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)諸如液晶顯示器(LCD)之類(lèi)的顯示設(shè)備。
圖1是傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器100的方塊圖。參照?qǐng)D1，圖像傳感器100包括有源像素傳感器(APS)陣列110、行驅(qū)動(dòng)器120和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)130。
行驅(qū)動(dòng)器120接收來(lái)自行解碼器(未示出)的控制信號(hào)，和ADC 130接收來(lái)自列解碼器(未示出)的控制信號(hào)。圖像傳感器100還包括生成定時(shí)控制信號(hào)，以及尋址信號(hào)，以便輸出如由每個(gè)像素檢測(cè)到那樣的所選圖像信號(hào)的控制器(未示出)。
圖2表示圖1的APS陣列110的濾色器模式的例子。參照?qǐng)D2，如果CMOS圖像傳感器100是彩色圖像傳感器，它在每個(gè)像素的上部包括濾色器，以處理某種顏色的光。CMOS圖像傳感器100包括至少三種類(lèi)型的濾色器，以生成彩色信號(hào)。最普通濾色器模式是其中紅色和綠色的模式和綠色和藍(lán)色的模式重復(fù)出現(xiàn)在交替行中的Bayer(拜耳)模式(pattern)。在這種情況下，與亮度信號(hào)密切關(guān)系的綠色處在所有行中，和紅色和藍(lán)色處在交替行中，以提高亮度分辨率。為了提高分辨率，例如在數(shù)字照相機(jī)中實(shí)現(xiàn)了包括多于一百萬(wàn)個(gè)像素的CMOS圖像傳感器。
包括在具有這種像素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器100中的APS陣列110包括光電二極管。每個(gè)光電二極管都檢測(cè)光，以便將檢測(cè)光轉(zhuǎn)換成作為圖像信號(hào)的電信號(hào)。從APS陣列110輸出的模擬圖像信號(hào)是三種顏色(紅色、綠色和藍(lán)色)之一。ADC 130接收從APS陣列110輸出的模擬圖像信號(hào)，然后，利用眾所周知的相關(guān)二次取樣(CDS)方法將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
圖3是圖1的APS陣列110的像素驅(qū)動(dòng)電路300的電路圖。單位像素電路310和320二維地排列在APS陣列110中，單位像素電路310和320的每一個(gè)包括光電二極管PD和三個(gè)晶體管。盡管在圖3中未示出，但可以使用包括四個(gè)晶體管的單位像素電路。單位像素電路310和320利用CDS方法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)快門(mén)(rolling shutter)模式操作，即，連續(xù)幀拍攝模式操作。
對(duì)于所選像素，根據(jù)導(dǎo)通重置晶體管和源極跟隨器晶體管的信號(hào)RX、DRN和VDD中生成浮動(dòng)散布(FDfloating diffusion)節(jié)點(diǎn)信號(hào)，和將其輸出作為重置信號(hào)VRES。另外，對(duì)于所選像素，當(dāng)傳輸控制信號(hào)TX有效時(shí)，將由光電二極管PD檢測(cè)的信號(hào)傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)，和由源極跟隨器晶體管輸出內(nèi)含這樣檢測(cè)信號(hào)的圖像信號(hào)VSIG。
重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG之間的差值是模擬信號(hào)，它被ADC 130轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)DRN、VDD、RX和TX可以由行驅(qū)動(dòng)器120生成。以這種方式，在圖3中，包括在CMOS圖像傳感器100中的單位像素電路310和320的每一個(gè)都包括用于利用適當(dāng)定時(shí)輸出重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG的光電二極管PD和晶體管。
最近，隨著包括在圖像傳感器中的像素的數(shù)量增加，人們希望獲得更小尺寸的像素，以便用更高的像素密度提高顯示質(zhì)量。因此，人們希望相應(yīng)地設(shè)計(jì)單位像素電路310和320的光電二極管PD和晶體管的尺寸和連接光電二極管PD和晶體管的金屬連線。
尤其，希望為單位像素電路310和320的每一個(gè)中的光電二極管PD留出足夠的空間。為此，可減少單位像素電路310和320的每一個(gè)中的晶體管的數(shù)量。此外，為了提高光電二極管PD的占空因素，人們正在嘗試?yán)孟冗M(jìn)制造技術(shù)縮小單位像素電路310和320的每一個(gè)中的晶體管的尺寸。但是，縮小單位像素電路310和320的每一個(gè)中的晶體管的尺寸是有限的，并且，先進(jìn)的制造技術(shù)費(fèi)用昂貴。當(dāng)對(duì)于球型(global)快門(mén)模式操作，即，信號(hào)幀拍攝模式操作，需要額外晶體管從光電二極管PD中消除溢流電流時(shí)，這些問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。
為了加強(qiáng)到達(dá)光電二極管PD的外部光，可以縮小光電二極管PD的上層中的金屬連線的寬度。這樣的金屬連線是光路的主要障礙。但是，在遵守設(shè)計(jì)規(guī)則的同時(shí)縮小金屬連線的寬度是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明通過(guò)減少像素電路中這樣的金屬連線和晶體管的數(shù)量提高圖像傳感器中的光電二極管的占空(fill factor)因素。
根據(jù)本發(fā)明的一般方面，圖像傳感器的像素電路包括重置晶體管和源極跟隨器晶體管。重置晶體管含有與第一相鄰像素電路共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)(condact)。源極跟隨器晶體管含有與第二相鄰像素電路共享的源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)。此外，像素電路包括與重置漏極/源極觸點(diǎn)和源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)耦合的互連線。公用互連線適用于在這樣的共享觸點(diǎn)上提供公用切換(toggle)控制信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，公用切換控制信號(hào)最初被去激勵(lì)成邏輯低，然后，在從像素電路讀出重置信號(hào)和讀出圖像信號(hào)期間被激勵(lì)成邏輯高。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一相鄰像素電路和第二相鄰像素電路處在該像素電路的兩對(duì)側(cè)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，像素電路還包括光電二極管和傳輸(transfer)晶體管。光電二極管將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳輸晶體管與光電二極管耦合，在從像素電路讀出圖像信號(hào)期間傳輸來(lái)自光電二極管的電信號(hào)。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，第一相鄰像素電路含有與重置漏極/源極觸點(diǎn)耦合的相應(yīng)重置晶體管，和第二相鄰像素電路含有與源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)耦合的相應(yīng)源極跟隨器晶體管。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，像素電路和第一相鄰像素電路對(duì)稱(chēng)地排列著，和像素電路和第二相鄰像素電路對(duì)稱(chēng)地排列著。
在本發(fā)明的另一個(gè)一般方面中，圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)器包括第一像素電路、第二像素電路和公用溢流(overflow)器件。第一像素電路驅(qū)動(dòng)第一光電二極管，和第二像素電路驅(qū)動(dòng)第二光電二極管。公用溢流器件將第一和第二像素電路與電源節(jié)點(diǎn)耦合。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，公用溢流器件適用于最初在球型快門(mén)操作期間關(guān)斷，然后在從第一和第二像素電路讀出圖像信號(hào)和讀出重置信號(hào)期間導(dǎo)通。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，公用溢流器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
在本發(fā)明的另外實(shí)施例中，電源節(jié)點(diǎn)是在第一和第二像素電路之間共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，將對(duì)于旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作被切換和對(duì)于球型快門(mén)操作設(shè)置在邏輯高狀態(tài)的控制信號(hào)施加在重置漏極/源極觸點(diǎn)上。公用溢流器件在旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作期間是關(guān)斷的。
以這種方式，由于公用互連線用于重置晶體管和源極跟隨器晶體管兩者的共享觸點(diǎn)，使金屬連線減到最少，從而提高了圖像傳感器中的光電二極管的占空因素。另外，由于在相鄰像素之間共享公用溢流晶體管，進(jìn)一步提高了光電二極管的占空因素。


通過(guò)參考附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，在附圖中圖1是傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的方塊圖；圖2表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1的有源像素傳感器(APS)陣列的示范性濾色器模式；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1的APS陣列中的像素驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖4的像素驅(qū)動(dòng)電路的布局的平面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在水平掃描周期期間驅(qū)動(dòng)圖4的像素驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)的時(shí)序圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的包括在CMOS圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖7的像素驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作時(shí)的信號(hào)的時(shí)序圖；
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖7的像素驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行球型快門(mén)操作時(shí)的信號(hào)的時(shí)序圖；和圖10表示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的將公用控制信號(hào)提供給圖4的像素驅(qū)動(dòng)電路的公用互連線。
這里涉及的部件是為了清楚表示的目的而畫(huà)出的，未必按比例畫(huà)出。在圖1、2、3、4、5、6、7、8、9和10中具有相同標(biāo)號(hào)的部件指的是具有相似結(jié)構(gòu)和/或功能的部件。
具體實(shí)施例方式
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)器400的電路圖。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖4的像素驅(qū)動(dòng)器400的布局的平面圖。
參照?qǐng)D4和5，像素驅(qū)動(dòng)器400包括多個(gè)2-像素電路410，每一個(gè)包括兩個(gè)單位像素電路411和412。每個(gè)像素電路411包括偏置像素電路411的輸出節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)偏置電路420。多個(gè)2-像素電路410從上到下和從左到右排列在二維有源像素傳感器(APS)陣列中。
參照?qǐng)D4和5，2-像素電路410的每一個(gè)中的單位像素電路411和412被排列成相互對(duì)稱(chēng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，每個(gè)單位像素電路411或412從與相鄰像素共享的觸點(diǎn)SH1和SH2接收第一和第二公用控制信號(hào)ROV和SFV。
偏置電路420處在APS陣列的正上方或下方，和可以與相應(yīng)單位像素電路的輸出節(jié)點(diǎn)耦合。圖4的CMOS圖像傳感器可以像圖1的傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器那樣包括行驅(qū)動(dòng)器和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在那種情況下，行驅(qū)動(dòng)器(未示出)生成如圖4所示的公用控制信號(hào)ROV和SFV、重置控制信號(hào)RX和傳輸控制信號(hào)TX。此外，在那種情況下，ADC(未示出)從CMOS圖像傳感器的輸出節(jié)點(diǎn)接收模擬重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG，和將模擬重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
APS陣列中的每個(gè)單位像素電路411包括重置晶體管RG、源極跟隨器晶體管SF、傳輸晶體管TG和光電二極管PD。圖4的所有晶體管都是n-型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOSFET)，但也可以由其它類(lèi)型的晶體管構(gòu)成。與單位像素電路411對(duì)稱(chēng)的單位像素電路412包括與單位像素電路411的那些對(duì)稱(chēng)地排列著的這樣相似晶體管。
參照?qǐng)D4和5，每個(gè)單位像素電路的重置晶體管RG含有與相鄰單位像素電路共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)SH1。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，共享重置漏極/源極觸點(diǎn)SH1形成在這樣相鄰單位像素電路的重置晶體管RG的每個(gè)漏極/源極結(jié)上。將第一控制信號(hào)ROV施加在這樣的共享重置漏極/源極觸點(diǎn)SH1上。
另外，每個(gè)單位像素電路的源極跟隨器晶體管SF含有與相鄰單位像素電路共享的源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)SH2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，共享源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)SH2形成在這樣相鄰單位像素電路的源極跟隨器晶體管SF的每個(gè)漏極/源極結(jié)上。將第二控制信號(hào)SFV施加在這樣的共享源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)SHS上。
將重置控制信號(hào)RX施加給重置晶體管RG的柵極。其上沒(méi)有施加控制信號(hào)ROV的重置晶體管RG的另一個(gè)漏極/源極與浮動(dòng)散布(FD)節(jié)點(diǎn)耦合。
FD節(jié)點(diǎn)與源極跟隨器晶體管SF的柵極耦合。其上沒(méi)有施加控制信號(hào)SFV的源極跟隨器晶體管SF的另一個(gè)漏極/源極與單位像素電路的輸出節(jié)點(diǎn)耦合。
將傳輸控制信號(hào)TX施加給傳輸晶體管TG的柵極。傳輸晶體管TG含有與FD節(jié)點(diǎn)耦合的第一源極/漏極和與光電二極管PD耦合的第二源極/漏極。光電二極管PD耦合在電源VSS(例如，接地電壓源)和傳輸晶體管TG之間。
參照?qǐng)D4、5和10，借助于這樣的共享觸點(diǎn)SH1和SH2，使金屬連線減到最少，尤其當(dāng)控制信號(hào)ROV和SFV是如圖6所示的公用控制信號(hào)時(shí)。
圖10示出了APS陣列950內(nèi)的像素驅(qū)動(dòng)器400和生成公用ROV和SFV信號(hào)的行解碼器960。中間單位像素電路411與左鄰單位像素電路970共享重置漏極/源極觸點(diǎn)SH1，和與右鄰單位像素電路412共享源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)SH2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在像素驅(qū)動(dòng)器400的布局中左右鄰單位像素電路970和412處在中間單位像素電路411的兩對(duì)側(cè)。當(dāng)中間單位像素電路411與中間單位像素電路411的任何一側(cè)的相鄰像素電路共享觸點(diǎn)時(shí)，本發(fā)明就可以得以實(shí)施。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，控制信號(hào)ROV和SFV是公用控制信號(hào)(即，基本上相同)，使得一條互連線980就可以將這樣的公用控制信號(hào)從行解碼器960耦合到觸點(diǎn)SH1和SH2。在觸點(diǎn)SH1和SH2附近，互連線980分支到這樣的觸點(diǎn)SH1和SH2。但是，APS陣列950的相當(dāng)大一部分僅有一條互連線980穿過(guò)，使APS陣列950的光電二極管上方的連線減到最少。這樣的最少連線提高了這樣光電二極管的占空因素。
對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)，四條金屬線用于偏置每?jī)蓚€(gè)單位像素電路的重置晶體管和源極跟隨器晶體管的源極/漏極。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在水平掃描周期期間驅(qū)動(dòng)圖4的像素驅(qū)動(dòng)器400的信號(hào)的時(shí)序圖。參照?qǐng)D6，CMOS圖像傳感器響應(yīng)重置控制信號(hào)RX和傳輸控制信號(hào)TX，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)遮擋操作。在旋轉(zhuǎn)遮擋操作中，一幀中由光電二極管光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)逐行地從光電二極管傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)，結(jié)果輸出圖像信號(hào)。
參照?qǐng)D4和6，將控制信號(hào)ROV和SFV提供給所有像素，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，它們基本相同。另外，控制信號(hào)ROV和SFV在邏輯高和邏輯低之間切換。因此，控制信號(hào)ROV和SFV包含公用切換控制信號(hào)。參照?qǐng)D10，將公用切換控制信號(hào)ROV/SFV施加在一個(gè)互連線980上。
參照?qǐng)D6，公用控制信號(hào)ROV/SFV在第一部分610中處在邏輯低上，和在第二部分620中被激勵(lì)成邏輯高。用于非選行中的未激勵(lì)像素的另一個(gè)重置控制信號(hào)NONSEL_RX，在比使圖像數(shù)據(jù)讀出的用于所選行中的激勵(lì)像素的重置控制信號(hào)RX長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)被設(shè)置成邏輯低。
重置控制信號(hào)RX被激勵(lì)在邏輯低上，而公用控制信號(hào)ROV/SFV在邏輯高上被激勵(lì)。傳輸控制信號(hào)TX在時(shí)間周期邊際(margin)為MA和MB的重置控制信號(hào)RX處在邏輯低期間的時(shí)間周期內(nèi)在邏輯高上被激勵(lì)。邊際MA從重置控制信號(hào)RX被激勵(lì)在邏輯低上的時(shí)刻A到傳輸控制信號(hào)TX被激勵(lì)成邏輯高的時(shí)刻。邊際MB從傳輸控制信號(hào)TX被去激勵(lì)成邏輯低的時(shí)刻B到重置控制信號(hào)RX在邏輯高上被去激勵(lì)的時(shí)刻。
例如，假設(shè)為了讀出圖像數(shù)據(jù)，激勵(lì)(或選擇)圖4的單位像素電路411。在那種情況下，在圖6中的第一部分610期間，重置控制信號(hào)RX處在邏輯高上。公用控制信號(hào)ROV/SFV通過(guò)重置晶體管RG傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)，和源極跟隨器晶體管SF被關(guān)斷。
在圖6中的第二部分620中，公用控制信號(hào)ROV/SFV在重置控制信號(hào)RX被激勵(lì)在邏輯低上之前切換成邏輯高。于是，F(xiàn)D節(jié)點(diǎn)的電壓被重置成ROV/SFV信號(hào)的邏輯高的電平。
另外，源極跟隨器晶體管SF導(dǎo)通，以傳輸FD節(jié)點(diǎn)的電壓。FD節(jié)點(diǎn)上的這種電壓與控制信號(hào)ROV/SFV成比例，形成由單位像素電路411輸出的重置信號(hào)VRES。
此后，當(dāng)傳輸控制信號(hào)TX被激勵(lì)成邏輯高時(shí)，傳輸晶體管TG導(dǎo)通，將充電信號(hào)從光電二極管PD傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)。當(dāng)傳輸控制信號(hào)TX切換回到邏輯低時(shí)，單位像素電路411中的源極跟隨器晶體管SF輸出圖像信號(hào)VSIG。
依次激勵(lì)所選行中的每個(gè)像素電路，以輸出相應(yīng)重置和圖像信號(hào)VRES和VSIG。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC，未示出)可以使用相關(guān)二次取樣(CDS)方法處理這樣的信號(hào)VRES和VSIG。例如，ADC可以將與這樣信號(hào)VRES和VSIG之間的差值相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后，將數(shù)字信號(hào)輸出到進(jìn)一步內(nèi)插數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理單元。然后，數(shù)字信號(hào)處理單元根據(jù)這樣的內(nèi)插數(shù)字信號(hào)生成與諸如LCD(液晶顯示器)之類(lèi)的顯示設(shè)備的分辨率相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
以這種方式，由于公用互連線980用于重置晶體管和源極跟隨器晶體管兩者的共享觸點(diǎn)SH1和SH2，使金屬連線減到最少，從而提高了圖像傳感器中的光電二極管的占空因素。另外，在相鄰像素之間共享公用觸點(diǎn)SH1和SH2，從而進(jìn)一步提高了圖像傳感器中的光電二極管的占空因素。此外，將切換控制信號(hào)ROV和SFV施加在重置晶體管RG和源極跟隨器晶體管SF上，從而在像素電路工作期間有可能節(jié)電。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的包括在CMOS圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)電路700的電路圖。參照?qǐng)D7，像素驅(qū)動(dòng)器700包括多個(gè)2-像素電路710，每一個(gè)由兩個(gè)單位像素電路711和712組成。每個(gè)像素電路711含有偏置像素電路711的輸出節(jié)點(diǎn)的偏置電路720。多個(gè)2-像素電路710從上到下和從左到右排列在二維有源像素傳感器(APS)陣列中。每個(gè)單位像素電路都包括進(jìn)行與圖4的那些相似的操作的重置晶體管、源極跟隨器晶體管和傳輸晶體管。
在圖7的實(shí)施例中，像素驅(qū)動(dòng)器700進(jìn)一步包括兩個(gè)像素共享的溢流選通晶體管OG。除了如圖7所示的MOSEFT(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)OG之外，本發(fā)明可以將任何晶體管型器件用作溢流選通晶體管OG來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于與圖7相似的有效金屬連線，對(duì)稱(chēng)排列的單位像素電路711和712通過(guò)與相鄰像素共享的觸點(diǎn)SH1和SH2接收控制信號(hào)ROV和SFV。另外，每?jī)蓚€(gè)像素共享一個(gè)用于球型快門(mén)操作的選通晶體管OG。在球型快門(mén)操作中，一幀中由光電二極管光電轉(zhuǎn)換的所有信號(hào)同時(shí)從光電二極管提供到FD節(jié)點(diǎn)，和結(jié)果輸出圖像信號(hào)。
參照?qǐng)D7，將溢流控制信號(hào)OGX施加給溢流選通晶體管OG的柵極。溢流選通晶體管OG的第一源極/漏極與共享溢流選通晶體管OG的2-像素電路的光電二極管PD耦合。溢流選通晶體管OG的第二源極/漏極與這樣2-像素電路共享的觸點(diǎn)SH1耦合，以便接收控制信號(hào)ROV。
圖8是本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，圖7的像素驅(qū)動(dòng)器700進(jìn)行旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作時(shí)的信號(hào)的時(shí)序圖。除了在圖8的示范性實(shí)施例中，施加給源極跟隨器晶體管SF的SFV信號(hào)總是被設(shè)置成邏輯高之外，圖8的時(shí)序圖與圖6的時(shí)序圖相似。
另外，在圖8的旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作中，溢流控制信號(hào)OGX總是被設(shè)置成邏輯低，以便關(guān)斷溢流選通晶體管OG。除了這樣的特征之外，圖7的像素驅(qū)動(dòng)器700的旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作與參照?qǐng)D6所述的圖4的像素驅(qū)動(dòng)器400的旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作相似。
圖9是圖7的像素驅(qū)動(dòng)器700進(jìn)行球型快門(mén)操作時(shí)的信號(hào)的時(shí)序圖。參照?qǐng)D9，在第一部分910代表的球型快門(mén)操作中，所有像素的重置控制信號(hào)ALL_RX每個(gè)垂直掃描周期一次地在邏輯高上被激勵(lì)，而控制信號(hào)SFV處在邏輯高上。在那種情況下，所有像素的重置晶體管RG都導(dǎo)通。于是，所有像素的每個(gè)FD節(jié)點(diǎn)上的電壓被重置成控制信號(hào)ROV的電平。
此后，在圖9中的第一部分910期間，重置控制信號(hào)ALL_RX轉(zhuǎn)變成邏輯低，和傳輸控制信號(hào)ALL_TX轉(zhuǎn)變成邏輯高。在那種情況下，一幀中來(lái)自所有像素的每個(gè)光電二極管PD的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)被傳輸?shù)礁髯訤D節(jié)點(diǎn)。
在圖9的時(shí)序圖中的第二部分920期間，每行中的像素依次輸出重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG。在那個(gè)時(shí)間內(nèi)，溢流控制信號(hào)OGX在邏輯高上被激勵(lì)，和溢流選通晶體管OG導(dǎo)通，在輸出重置信號(hào)VRES和圖像信號(hào)VSIG之前，將光電二極管與設(shè)置在邏輯高(即，例如，VDD電源電平)上的控制信號(hào)ROV耦合。在那種情況下，當(dāng)溢流選通晶體管OG導(dǎo)通時(shí)，光電二極管PD變成與電源節(jié)點(diǎn)耦合。
這種通過(guò)溢流選通晶體管OG的耦合防止光電二極管PD在接收到光之后生成的電子溢流到FD節(jié)點(diǎn)。在光電二極管PD如此被溢流選通晶體管OG重置的同時(shí)，控制信號(hào)SFV被設(shè)置成邏輯低。如圖9所示，控制信號(hào)ROV總是處在邏輯高上，和控制信號(hào)NONSEL_SFV(即，用于未激勵(lì)行的SFV信號(hào))總是被設(shè)置在邏輯低上。
進(jìn)一步參照?qǐng)D9，在溢流選通晶體管OG重置光電二極管PD的輸出之后，控制信號(hào)SFV切換到邏輯高。于是，源極跟隨器晶體管SF響應(yīng)從光電二極管PD傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)操作，輸出與光電轉(zhuǎn)換信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流。以這種方式，圖像信號(hào)VSIG通過(guò)源極跟隨器晶體管SF的源極端輸出。
在讀出圖像信號(hào)VSIG之后，重置控制信號(hào)RX在將控制信號(hào)ROV傳輸?shù)紽D節(jié)點(diǎn)的時(shí)間周期內(nèi)轉(zhuǎn)變成邏輯高。當(dāng)重置控制信號(hào)RX切換回到邏輯低時(shí)，源極跟隨器晶體管SF輸出與FD節(jié)點(diǎn)上的控制信號(hào)ROV的電平相對(duì)應(yīng)的電流，作為重置信號(hào)VRES。
依次激勵(lì)圖7的APS陣列的每行中的像素電路，以便每個(gè)像素電路輸出各自的一組重置信號(hào)和圖像信號(hào)VRES和VSIG。在球型快門(mén)操作中，首先輸出圖像信號(hào)VSIG，在激勵(lì)重置控制信號(hào)RX的一個(gè)脈沖之后，輸出重置信號(hào)VRES。
以這種方式，由于在相鄰像素之間共享公用溢流器件OG，在圖像傳感器的球型快門(mén)操作期間進(jìn)一步提高了光電二極管的占空因素。
上文只是表示性的，而不是限制性的。例如，在像素電路中可以使用任何類(lèi)型的晶體管器件。另外，顯示在時(shí)序圖中的信號(hào)只是作為例子用于描述示范性操作。
本發(fā)明只像所附權(quán)利要求書(shū)及其等效物所限定的那樣受到限制。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器的像素電路，該像素電路包含重置晶體管，含有與第一相鄰像素電路共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)；源極跟隨器晶體管，含有與第二相鄰像素電路共享的源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)；和互連線，與重置漏極/源極觸點(diǎn)和源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)耦合，和適用于在其上提供公用切換控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，其中，公用切換控制信號(hào)最初被去激勵(lì)成邏輯低，然后，在從像素電路讀出重置信號(hào)和讀出圖像信號(hào)期間被激勵(lì)成邏輯高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，其中，第一相鄰像素電路和第二相鄰像素電路處在該像素電路的兩對(duì)側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，進(jìn)一步包含光電二極管，用于將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；和與光電二極管耦合的傳輸晶體管，用于在從像素電路讀出圖像信號(hào)期間傳輸來(lái)自光電二極管的電信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，其中，第一相鄰像素電路含有與重置漏極/源極觸點(diǎn)耦合的相應(yīng)重置晶體管，和其中，第二相鄰像素電路含有與源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)耦合的相應(yīng)源極跟隨器晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素電路，其中，像素電路和第一相鄰像素電路對(duì)稱(chēng)地排列著。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的像素電路，其中，像素電路和第二相鄰像素電路對(duì)稱(chēng)地排列著。
8.一種驅(qū)動(dòng)圖像傳感器中的像素電路的方法，包含將公用切換控制信號(hào)提供給在像素電路和第一相鄰像素電路之間共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)；將公用切換控制信號(hào)提供給在像素電路和第二相鄰像素電路之間共享的源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)；和生成提供給與重置漏極/源極觸點(diǎn)和源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)耦合的互連線的公用切換控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含最初將公用切換控制信號(hào)去激勵(lì)成邏輯低；和在從像素電路讀出重置信號(hào)和讀出圖像信號(hào)期間將公用切換控制信號(hào)激勵(lì)成邏輯高。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含形成與像素電路和第一相鄰像素電路的重置晶體管耦合的重置漏極/源極觸點(diǎn)；和形成與像素電路和第二相鄰像素電路的源極跟隨器晶體管耦合的源極跟隨器漏極/源極觸點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含形成處在像素電路兩對(duì)側(cè)的第一相鄰像素電路和第二相鄰像素電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含在像素電路的光電二極管上將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；和在從像素電路讀出圖像信號(hào)期間傳輸來(lái)自光電二極管的電信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含將像素電路和第一相鄰像素電路排列成對(duì)稱(chēng)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包含將像素電路和第二相鄰像素電路排列成對(duì)稱(chēng)的。
15.一種圖像傳感器中的像素驅(qū)動(dòng)器，該像素驅(qū)動(dòng)器包含第一像素電路，用于驅(qū)動(dòng)第一光電二極管；第二像素電路，用于驅(qū)動(dòng)第二光電二極管；和與第一和第二像素電路耦合的公用溢流器件，用于將第一和第二光電二極管與電源節(jié)點(diǎn)耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的像素驅(qū)動(dòng)器，其中，公用溢流器件適用于最初在球型快門(mén)操作期間關(guān)斷，然后在從第一和第二像素電路讀出圖像信號(hào)和讀出重置信號(hào)期間導(dǎo)通。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的像素驅(qū)動(dòng)器，其中，公用溢流器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的像素驅(qū)動(dòng)器，其中，電源節(jié)點(diǎn)是在第一和第二像素電路之間共享的重置漏極/源極觸點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的像素驅(qū)動(dòng)器，其中，將對(duì)于旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作被切換和對(duì)于球型快門(mén)操作設(shè)置在邏輯高狀態(tài)的控制信號(hào)施加在重置漏極/源極觸點(diǎn)上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的像素驅(qū)動(dòng)器，其中，公用溢流器件在旋轉(zhuǎn)快門(mén)操作期間是關(guān)斷的。
全文摘要
圖像傳感器中的相鄰像素電路共享觸點(diǎn)和/或晶體管。另外，公用互連線提供公用控制信號(hào)，使金屬連線減到最少。這種共享觸點(diǎn)占據(jù)的空間、晶體管和控制信號(hào)的最少化提高了圖像傳感器中的光電二極管的占空因素。
文檔編號(hào)G09G3/20GK1877667SQ20061009129
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者崔成浩, 金利泰, 金永爘, 孔海慶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社