專利名稱：Cmos影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(CM0Q影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，且特別是有關(guān)于降低相鄰的列控制信號(hào)之間分流噪聲(Partition Noise)與干擾的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
影像傳感器是一種半導(dǎo)體元件，其可將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。一種這樣的影像傳感器為互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(以下稱為“CMOS”)影像傳感器。CMOS影像傳感器包含多個(gè)利用CMOS制程所制作的單元像素(Unit Pixel)。每一單元像素包含一光電二極管 (Photodiode)、以及三或四個(gè)MOS晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)單元像素。CMOS影像傳感器利用CMOS技術(shù)，其是使用一控制電路與一信號(hào)處理電路來(lái)作為周邊電路。在制作各種影像傳感器時(shí)，已經(jīng)作了很多了嘗試想增加感光性。其中一個(gè)嘗試為光學(xué)積分技術(shù)(Light Integrating Technology) 0舉例而言，CMOS影像傳感器包含感測(cè)光的一光電二極管、以及將所感測(cè)到的光處理成電子數(shù)據(jù)信號(hào)的一 CMOS邏輯電路。為了增加感光性，已試圖增加填充系數(shù)(Fill factor)。填充系數(shù)為光電二極管相對(duì)于影像傳感器的總面積的比。圖1是繪示一種CMOS影像傳感器的單元像素的電路圖，其中此單元像素包含四個(gè)晶體管，圖1是轉(zhuǎn)載自Bae等人所有的美國(guó)已公開的申請(qǐng)案編號(hào)第2006/0186504A1號(hào)，在此引用該申請(qǐng)案全體作為本說(shuō)明書的揭露內(nèi)容。如圖所示，影像傳感器的單元像素包含構(gòu)成PNP接面、PNPN接面或等等的光電二極管PD ；轉(zhuǎn)移晶體管TX ；浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)(Floating Diffusion Node)FD ；重置晶體管(Reset Transistor)RX ；驅(qū)動(dòng)晶體管(Drive Transistor) DX;以及選擇晶體管(Select Transistor) SX0光電二極管PD接收來(lái)自一物體的光，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電子電洞對(duì)，亦即光生電荷(Photogenerated Charges)。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管TX開啟時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管TX將聚積在光電二極管PD的光生電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管TX開啟時(shí)，浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD接收轉(zhuǎn)移自轉(zhuǎn)移晶體管TX的光生電荷。響應(yīng)于重置信號(hào)，重置晶體管RX將浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD的電壓重調(diào)至電源電壓VDD準(zhǔn)位。開啟驅(qū)動(dòng)晶體管 DX的閘極的量是隨著對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)移自浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD的光生電荷的電子信號(hào)而變化，因此驅(qū)動(dòng)晶體管DX相稱于光生電荷的量而輸出電子信號(hào)。選擇晶體管SX根據(jù)一選擇信號(hào)而開啟，且透過(guò)驅(qū)動(dòng)晶體管DX而輸出單元像素的一信號(hào)。如圖1所示，參考數(shù)字LX表示負(fù)載晶體管。浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD具有預(yù)設(shè)的電容Cfd。從圖1的單元像素獲得一輸出電壓VOUT的操作原理描述于下。首先，關(guān)閉轉(zhuǎn)移晶體管TX、重置晶體管RX與選擇晶體管SX。同時(shí)，光電二極管PD 處于全空乏(fully depleted)狀態(tài)。啟動(dòng)光積分(light integration)，以收集光電二極管PD處的光生電荷。于一段適當(dāng)?shù)墓夥e分時(shí)間后，在重置晶體管RX開啟時(shí)，重置浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD的電壓。接著，開啟選擇晶體管SX。同時(shí)，測(cè)量重置操作下的單元像素的第一輸出電壓VI。所測(cè)量的值代表浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD的電壓的DC準(zhǔn)位位移(level shift)。接著，開啟轉(zhuǎn)移晶體管TX，如此一來(lái)，將光電二極管PD處的所有光生電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD。接下來(lái)，關(guān)閉轉(zhuǎn)移晶體管TX。此時(shí)，測(cè)量因轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD的電荷所形成的第二輸出電壓V2。輸出電壓VOUT為光生電荷的轉(zhuǎn)移結(jié)果，且得自于第一輸出電壓Vl與第二輸出電壓V2之間的差。輸出電壓VOUT單純?yōu)樵肼曋獾囊粋€(gè)信號(hào)電壓。此方法稱為相關(guān)雙取樣 (Correlated Double Sampling ；CDS)。轉(zhuǎn)移晶體管TX將光生電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD。同時(shí)，當(dāng)施加在轉(zhuǎn)移晶體管的閘極的轉(zhuǎn)移控制信號(hào)從「高」邏輯準(zhǔn)位下降至「低」邏輯準(zhǔn)位時(shí)，亦即當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管從開啟狀態(tài)改變至關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管TX具有多個(gè)問(wèn)題。當(dāng)轉(zhuǎn)移控制信號(hào)的下降時(shí)間 (Falling Time)短時(shí)，可發(fā)生電荷注入(Chargehjection)浮動(dòng)傳播節(jié)點(diǎn)FD。電荷注入在多個(gè)像素中個(gè)別發(fā)生。因此，從外側(cè)看時(shí)，似乎有噪聲發(fā)生。此現(xiàn)象稱為分流噪聲。既然分流噪聲在屏幕上被視為噪聲，因此分流噪聲作為降低影像傳感器的性能的的一個(gè)因素。圖2繪示具有傳統(tǒng)緩沖器12與像素陣列14的習(xí)知CMOS影像傳感器10。像素陣列14具有m個(gè)數(shù)量的列與η個(gè)數(shù)量的行的單元像素P，雖然為了容易說(shuō)明而僅繪示出兩列像素。緩沖器12將多個(gè)列控制信號(hào)，例如TX、RX與SX，從列控制電路傳遞至像素陣列14。 為了容易說(shuō)明，圖2繪示出分別供應(yīng)自驅(qū)動(dòng)器Dctci與Dct1的轉(zhuǎn)移控制信號(hào)1 與TX115傳統(tǒng)的緩沖器12包含多個(gè)反向器(Inverter)，用以將轉(zhuǎn)移控制信號(hào)I^1與TXm傳遞至數(shù)列像素。 若沒(méi)有回轉(zhuǎn)率控制(Slew Rate Control)提供于緩沖器12中來(lái)控制控制信號(hào)(例如，TX) 從高至低的轉(zhuǎn)換斜率，受到寄生導(dǎo)線電阻R與寄生電容C的影響，可能會(huì)發(fā)生如在個(gè)別像素 (即，TXm
至TXm [η])處可見的控制信號(hào)的廣分布斜率，如圖3Α所示。特別是，圖3Α繪示出沒(méi)有回轉(zhuǎn)率控制應(yīng)用在緩沖器12中的模擬結(jié)果。可從斜率線22看出，在控制信號(hào)ΤΧ
至ΤΧ[η]之下轉(zhuǎn)換(down transition)的斜率上有廣分布，而導(dǎo)致在個(gè)別像素上的不同電荷注入與頻率饋入(clock-feedthrough)，而以分流噪聲顯示出。當(dāng)回轉(zhuǎn)率控制應(yīng)用在緩沖器12中時(shí)，實(shí)現(xiàn)出控制信號(hào)下斜率的窄分布，如圖:3B的斜率線M所示。Bae等人描述了多種緩沖器12的回轉(zhuǎn)率控制方法，可改善CMOS影像傳感器的分流噪聲。特別是，這些實(shí)施例增加了應(yīng)用在轉(zhuǎn)移晶體管的閘極的轉(zhuǎn)移控制信號(hào)的下降時(shí)間。 在第一實(shí)施例中，如圖4所示，借由縮減緩沖器12的CMOS反向器的NMOS晶體管m的寬/ 長(zhǎng)比(W/L ratio)，可增加控制信號(hào)的下降時(shí)間。特別是，借由增加長(zhǎng)度L或減少寬度W，可增加經(jīng)過(guò)晶體管m的電阻，即減少電流，進(jìn)而增加了轉(zhuǎn)移控制信號(hào)的下降時(shí)間。同時(shí)，閘極電極的寬度W與元件的設(shè)計(jì)規(guī)則有關(guān)。因此，當(dāng)NMOS晶體管的寬度固定時(shí)，一種無(wú)需修改設(shè)計(jì)規(guī)則的降低W/L比的方法為增加閘極電極的長(zhǎng)度L。圖5繪示出Bae等人所揭露的第二種回轉(zhuǎn)率控制方法，此方法包含串連一些NMOS 晶體管(例如，晶體管W至N4)，以獲得所需的下降時(shí)間。Raj Sundararaman等人所申請(qǐng)的美國(guó)專利公開編號(hào)2007/0001101A1揭露出一種回轉(zhuǎn)率控制替代方法，在此引用該申請(qǐng)案全體作為本說(shuō)明書的揭露內(nèi)容。Simdararaman等人利用偏壓控制(bias control)來(lái)控制控制信號(hào)的回轉(zhuǎn)率，以降低CMOS影像傳感器的分
流噪聲。另一應(yīng)用CMOS影像傳感器會(huì)引發(fā)的重要問(wèn)題為，因相鄰列之間的寄生耦合電容(在圖2中以Cc標(biāo)記)，而導(dǎo)致相鄰列之間的控制信號(hào)的耦合。以上所討論的習(xí)知技術(shù)提出了分流噪聲的問(wèn)題，但沒(méi)提出耦合噪聲或可歸因于這些寄生電容的其它問(wèn)題。事實(shí)上，習(xí)知技術(shù)的回轉(zhuǎn)率控制方法可能會(huì)惡化與列之間相鄰信號(hào)的耦合有關(guān)的問(wèn)題。舉例而言，在一些習(xí)知技術(shù)的方法中，緩沖器12的NMOS晶體管為了要提供所需的回轉(zhuǎn)率，而具有高啟動(dòng)電阻。一未選取的列在其靜態(tài)下應(yīng)被拉低。然而，由于在驅(qū)動(dòng)器中的高NMOS電阻，使得維持此未選取列狀態(tài)的這些控制信號(hào)很弱，來(lái)自作用(active)列的相鄰信號(hào)容易耦合至非作用(inactive)列。這樣會(huì)造成漏電流或甚至是CMOS影像傳感器的不適當(dāng)操作。需要一種CMOS傳感器的驅(qū)動(dòng)器，可降低分流噪聲，且可同時(shí)將相鄰列之間的電容耦合的負(fù)面效應(yīng)減到最輕。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一目的是在提供一種CMOS影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，其可借由回轉(zhuǎn)率控制來(lái)縮減分流噪聲，且可降低因相鄰列之間的控制信號(hào)耦合所導(dǎo)致的耦合噪聲。本發(fā)明的另一目的就是在提供一種CMOS影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，其可借由將選取/作用列置于適用于最小化分流噪聲的狀況下、以及將未選取/非作用(靜態(tài))列置于適用于降低從作用列至鄰近列的信號(hào)的耦合的狀況下，可降低耦合噪聲。本發(fā)明的又一目的就是在提供一種CMOS影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，其提供一改良的緩沖器，此緩沖器可提供健全的控制信號(hào)，因此可較不敏感于內(nèi)部列(intra-row)擾亂。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的一種CMOS影像傳感器，包含一像素陣列，包含具有多個(gè)個(gè)別單元像素列的多個(gè)單元像素，這些個(gè)別單元像素列耦合至各自的列控制信號(hào)線；以及一緩沖器，包含多個(gè)列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器。每一驅(qū)動(dòng)器耦合至各自的列控制信號(hào)線，且當(dāng)控制信號(hào)線處于作用狀態(tài)時(shí)，響應(yīng)于一輸入脈波，提供列控制信號(hào)脈波給各自的列控制信號(hào)線，以及當(dāng)各自的列控制信號(hào)線處于非作用狀態(tài)時(shí)，將列控制信號(hào)線偏壓于接地電壓。每一驅(qū)動(dòng)器在列控制信號(hào)線處于作用狀態(tài)時(shí)，具有第一驅(qū)動(dòng)能力，且在列控制信號(hào)線處于非作用狀態(tài)時(shí)，具有大于第一驅(qū)動(dòng)能力的第二驅(qū)動(dòng)能力。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的一種提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，該影像傳感器包含一像素陣列，該像素陣列包含多個(gè)單元像素排列成多列與多行，個(gè)別的該些列的該些單元像素耦合至各自的列控制信號(hào)線，該方法包含當(dāng)一選取的列控制信號(hào)線處于一作用狀態(tài)時(shí)，提供具有一低回轉(zhuǎn)率的一控制信號(hào)給該選取的列控制信號(hào)線，且該選取的列控制信號(hào)線處于一非作用狀態(tài)時(shí)，將相鄰的該些列控制信號(hào)線維持在一低電壓，提供該低回轉(zhuǎn)率的該控制信號(hào)的步驟包含以具有一第一驅(qū)動(dòng)能力的一驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)該選取的列控制信號(hào)線，以及將相鄰的該些列控制信號(hào)線維持在該低電壓的步驟包含以具有一第二驅(qū)動(dòng)能力的一驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)相鄰的該些列控制信號(hào)線，其中該第二驅(qū)動(dòng)能力大于該第一驅(qū)動(dòng)能力，其中該影像傳感器是一 CMOS影像傳感器。本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為可借由回轉(zhuǎn)率控制來(lái)縮減分流噪聲、以及降低因相鄰列之間的控制信號(hào)耦合所導(dǎo)致的耦合噪聲。此外，借由將選取/作用列置于適用于最小化分流噪聲的狀況下、以及將未選取/非作用(靜態(tài))列置于適用于降低從作用列至鄰近列的信號(hào)的耦合的狀況下，可降低耦合噪聲。另外，可提供一種改良緩沖器，以有效降低內(nèi)部列的擾亂。從以下結(jié)合所附附圖所作的本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，可對(duì)本發(fā)明的上述與其它特征有更佳的了解。


所附附圖繪示本發(fā)明的較佳實(shí)施例以及與本揭露有關(guān)的其它信息，其中圖1是繪示一種習(xí)知技術(shù)CMOS影像傳感器的單元像素的電路圖；圖2是繪示具有連接至像素陣列的列驅(qū)動(dòng)緩沖器的一種習(xí)知技術(shù)CMOS影像傳感器的電路圖；圖3A是繪示在沒(méi)有應(yīng)用回轉(zhuǎn)率控制來(lái)縮減分流噪聲時(shí)，圖2所示的類型的影像傳感器的列控制電路模擬的曲線圖；圖:3B是繪示在應(yīng)用回轉(zhuǎn)率控制來(lái)縮減分流噪聲時(shí)，圖2所示的類型的影像傳感器的列控制電路模擬的曲線圖；圖4是繪示在習(xí)知技術(shù)CMOS影像傳感器的緩沖器中的一種反向器的驅(qū)動(dòng)器的電路圖；圖5是繪示在習(xí)知技術(shù)CMOS影像傳感器的緩沖器中的一種替代反向器的驅(qū)動(dòng)器的電路圖；圖6是繪示一種CMOS影像傳感器的電路圖，其圖標(biāo)出一種同時(shí)降低分流噪聲與耦合電容噪聲的列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)方法；圖7A是繪示本發(fā)明的緩沖器的一實(shí)施例的電路圖；圖7B是繪示圖7A的緩沖器的操作的時(shí)序圖；圖8A是繪示本發(fā)明的緩沖器的一替代實(shí)施例的電路圖；圖8B是繪示圖8A的緩沖器的操作的時(shí)序圖；圖9A是繪示本發(fā)明的緩沖器的另一替代實(shí)施例的電路圖；圖9B是繪示圖9A的緩沖器的操作的時(shí)序圖；圖10A是繪示本發(fā)明的緩沖器的又一替代實(shí)施例的電路圖；圖10B是繪示圖10A的緩沖器的操作的時(shí)序圖；
圖11是繪示一種列解碼架構(gòu)。主要附圖標(biāo)記說(shuō)明10 =CMOS影像傳感器 12 緩沖器 14 像素陣列 22 斜率線 24 斜率線 62 緩沖器 63a 驅(qū)動(dòng)器 63b 驅(qū)動(dòng)器 64:陣列 72 驅(qū)動(dòng)器 72A 驅(qū)動(dòng)器 72B 驅(qū)動(dòng)器 72C 驅(qū)動(dòng)器74 閘極76:閘極 100 =CMOS影像傳感器
具體實(shí)施例方式結(jié)合所附附圖來(lái)閱讀多個(gè)示范實(shí)施例的描述，其中所附附圖為整份書面描述的一部分。有關(guān)電性連通、耦合等等，例如「連接(connected)」與「交互連接 (interconnected)」，表示一種關(guān)系，其中結(jié)構(gòu)不是直接，就是透過(guò)中間結(jié)構(gòu)而間接與另一結(jié)構(gòu)連通，除非明確描述。以下結(jié)合附圖描述一種改良的影像傳感器，例如CMOS影像傳感器。在傳感器的多個(gè)實(shí)施例中，CMOS影像傳感器是配置來(lái)降低CMOS影像傳感器的分流噪聲與相鄰列控制信號(hào)之間的擾亂。圖6是繪示本發(fā)明的一實(shí)施例的CMOS影像傳感器100的電路圖，CMOS影像傳感器100具有提供多個(gè)列控制信號(hào)的緩沖器62、以及具有相鄰列控制信號(hào)線X與Y的像素陣列64。在僅繪示兩列控制信號(hào)線X與Y且僅針對(duì)行(0至幻下，應(yīng)該可了解到，這樣僅是為了說(shuō)明的簡(jiǎn)易性。陣列可包含任意數(shù)量的列與行。舉例而言，一典型陣列可包含1200列與 1600行。此外，緩沖器62可提供任意的列控制信號(hào)，例如上述單元像素的轉(zhuǎn)移晶體管(TX)、 重置晶體管(RX)、選擇晶體管(SX)、或驅(qū)動(dòng)晶體管(DX)的控制信號(hào)。這些控制信號(hào)通常繪示成控制信號(hào)\至& (對(duì)于列控制信號(hào)線X)與Ytl至Y3 (對(duì)于列控制信號(hào)線Y)。在一示范實(shí)施例中，列控制信號(hào)為轉(zhuǎn)移晶體管TX的控制信號(hào)，然本發(fā)明并未如此限制。緩沖器62包含與陣列64的每一列控制信號(hào)線有關(guān)的CMOS驅(qū)動(dòng)器/反向器。緩沖器62響應(yīng)于輸入脈波信號(hào)Vin1與Vin2等，而提供脈沖的列控制信號(hào)X (以列控制信號(hào)\ 至Xn標(biāo)示在列X的像素PO至Pn處)與Y (以列控制信號(hào)Ytl至Yn標(biāo)示在列Y的像素PO至 Pn處)。緩沖器62顯示成具有反向器驅(qū)動(dòng)器63a與63b。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器63a與6 配置成在一選取列處于作用狀態(tài)時(shí)，具有低驅(qū)動(dòng)能力，借以提供低回轉(zhuǎn)率來(lái)降低分流噪聲。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器63a與6 亦配置成在其所連接的列為非作用狀態(tài)時(shí)，具有較高的驅(qū)動(dòng)能力。較高的驅(qū)動(dòng)能力有助于將非作用列維持在低DC值(例如，地或鄰近于地)，以降低耦合引發(fā)的噪聲。在例示的實(shí)施例中，借由耦合在列控制信號(hào)線(即，CMOS反向器的輸出)與低軌電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)(low rail power supply node)(例如，地或Vss)之間的輔助拉降(pull down)晶體管N2的加入，可部分地提供此雙重驅(qū)動(dòng)能力?？刂芅MOS晶體管N2的間極偏壓，以調(diào)整驅(qū)動(dòng)器63a與63b的驅(qū)動(dòng)能力。按一定尺寸將主拉降晶體管m制作(或架構(gòu))成具有高開啟電阻，其中高開啟電阻控制列控制信號(hào)的回轉(zhuǎn)率，以降低分流噪聲。在多個(gè)實(shí)施例中， 按一定尺寸將NMOS晶體管N2制作或架構(gòu)成具有較低開啟電阻，NMOS晶體管N2因此具有將未選取的列線維持在靜態(tài)，即降低來(lái)自相鄰作用列控制信號(hào)在線的控制信號(hào)的耦合敏感性，所需的較高的驅(qū)動(dòng)電流。舉例而言，假設(shè)列X處于作用狀態(tài)(瞬時(shí))，則驅(qū)動(dòng)器63a的 NMOS晶體管N2關(guān)閉。驅(qū)動(dòng)器63a的晶體管m控制控制信號(hào)的下斜率回轉(zhuǎn)率。既然列X為作用，列Y則為非作用。如此，驅(qū)動(dòng)器63b的輔助NMOS晶體管N2開啟。這樣可將列線Y驅(qū)動(dòng)至低DC電壓(例如，地)，且?guī)椭鷮⒘芯€Y維持在DC準(zhǔn)位，以抵銷從列X至列Y的控制信號(hào)的任何電容耦合。基本上，以一低驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)作用列控制信號(hào)，以幫助降低分流噪聲；而以一高驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)鄰近靜態(tài)列控制信號(hào)，以降低耦合效應(yīng)。模擬已確認(rèn)上述緩沖器架構(gòu)的運(yùn)作可同時(shí)降低分流噪聲與耦合噪聲。已觀察到每一像素處的列控制信號(hào)的斜率具有良好的均勻性，其描繪出降低分流噪聲、以及作用列控制信號(hào)線與相鄰的列控制信號(hào)線之間的信號(hào)耦合的峰值超過(guò)70%的縮減的運(yùn)作。圖7A是繪示如以上所討論的列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器72的一種特殊實(shí)施，用以對(duì)付分流噪聲與耦合噪聲，而圖7B是繪示圖7A的驅(qū)動(dòng)器的操作的時(shí)序圖。圖7A的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器72包含上述所討論的標(biāo)準(zhǔn)反向器驅(qū)動(dòng)器，此標(biāo)準(zhǔn)反向器驅(qū)動(dòng)器由一對(duì)NMOS晶體管N1/PM0S晶體管Pl所構(gòu)成。其中，PMOS晶體管Pl的閘極端點(diǎn)和汲極端點(diǎn)與NMOS晶體管m耦合在一起。將一額外的拉降晶體管NMOS拉降晶體管N2耦合至反向器的輸出，此反向器耦合至給定的列控制信號(hào)線，控制NMOS晶體管N2，以確保在列控制信號(hào)線處于作用狀態(tài)時(shí)，其是處于關(guān)閉狀態(tài)，最重要的是在控制信號(hào)從低轉(zhuǎn)變至高狀態(tài)下，且當(dāng)列控制信號(hào)線為非作用時(shí)，開啟NMOS晶體管N2，反之亦然。提供一控制電路， 以響應(yīng)于代表一列像素的選取的地址(ADDRESQ信號(hào)，而適當(dāng)?shù)仄珘篘MOS晶體管N2。在一實(shí)施例中，控制電路包含反及(NAND)閘極74與76。NAND閘極74的輸出耦合至N1/P1反向器的輸入，且NAND閘極76的輸出耦合至NMOS晶體管N2的閘極端點(diǎn)。NAND閘極74具有耦合至地址信號(hào)ADDRESS與信號(hào)IN的多個(gè)輸入。應(yīng)了解到的是，信號(hào)ADDRESS為來(lái)自列譯碼器的輸出信號(hào)。信號(hào)IN代表一控制信號(hào)，如信號(hào)TX、RST或SELECT。信號(hào)IN_A為回轉(zhuǎn)率控制的一外加信號(hào)。列解碼架構(gòu)的一個(gè)例子繪示在圖11中，且將為在此技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者所熟知。NAND閘極76亦具有耦合至信號(hào)ADDRESS的一輸入，且具有耦合至信號(hào)—第二輸入。(時(shí)序圖繪示出當(dāng)電路處于非作用狀態(tài)(inactive)，此時(shí)m與 N2均開啟。當(dāng)電路由非作用狀態(tài)(inactive)進(jìn)入作用狀態(tài)(active)，N2必需關(guān)閉。)在此實(shí)施例中，較佳的是，Nl為一小元件，用以提供低回轉(zhuǎn)率，而N2為一相對(duì)較大的元件，用以將列控制信號(hào)線維持在地。也就是說(shuō)，在瞬時(shí)完成后，N2必須處于開啟狀態(tài)。IN與IN_A 之間的時(shí)序間隙應(yīng)為多個(gè)頻率(clock)長(zhǎng)，例如25毫微秒(ns)。圖8A與圖8B是繪示列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的一替代實(shí)施例。圖8A是驅(qū)動(dòng)器72A的電路的電路圖，而圖8B是繪示圖8A的驅(qū)動(dòng)器72A的電路的操作的時(shí)序圖。如圖7A的實(shí)施例， 驅(qū)動(dòng)器包含反向器(N1/P1)以及一對(duì)NAND閘極74與76。其中，PMOS晶體管Pl的閘極端點(diǎn)和汲極端點(diǎn)與NMOS晶體管m耦合在一起。不像圖7A的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器72A包含連接在 Nl的源極端點(diǎn)與地之間的NMOS晶體管N3。NAND閘極76配置來(lái)在兩不同正偏壓準(zhǔn)位(Vhigh 與V1ot)之間進(jìn)行選取，以控制NMOS晶體管N3的驅(qū)動(dòng)能力。請(qǐng)參照?qǐng)D8B，信號(hào)ADDRESS、IN、 IN_A*0UT與圖7B所示者相同。從圖8B可看出，當(dāng)列控制信號(hào)線處于作用(在瞬時(shí)中) 時(shí)，選取低偏壓(V1ot)來(lái)驅(qū)動(dòng)N3。在此期間，N3開啟，但N3的驅(qū)動(dòng)能力低，而提供回轉(zhuǎn)率控制。當(dāng)列控制信號(hào)線處于非作用時(shí)，選取高偏壓(Vhigh)來(lái)增加N3的驅(qū)動(dòng)能力，因而提供較高的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)將信號(hào)OUT需動(dòng)至地，而降低來(lái)自于鄰近列控制信號(hào)線的耦合效應(yīng)。在VDD 為2. 8V的實(shí)施例中，Vhigh可為1. 5V，而Vlw可為0. 8V。圖9A是繪示列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器72B的另一替代實(shí)施例的電路圖，而圖9B是繪示圖9A的驅(qū)動(dòng)器72B的操作的時(shí)序圖。如圖7A與圖7B的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器72B包含由一對(duì) NM0S/PM0S N1/P1所構(gòu)成的反向器、第一 NAND閘極74以及第二 NAND閘極76。利用信號(hào) IN、ADDRESS與IN_A，以相同于驅(qū)動(dòng)器72與72A的方式，控制這些NAND閘極。類似于驅(qū)動(dòng)器72A，驅(qū)動(dòng)器72B包含連接在NMOS附的源極與地之間的NMOS N3。然而，以信號(hào)Vbias來(lái)偏壓N3的閘極端點(diǎn)。Vbias為固定電壓，且其目的為控制電路的回轉(zhuǎn)率。晶體管N4用以在當(dāng)電路處于非作用時(shí)，來(lái)拉降信號(hào)，且晶體管N4大于m與N3。晶體管N3與圖8A的對(duì)應(yīng)晶體管具有相似的尺寸。在多個(gè)實(shí)施例中，Vbias設(shè)定在介于約0.5V至0.8V之間。NAND閘極 76的輸出供應(yīng)至NMOS N4的閘極端點(diǎn)，其中NMOS N4亦耦合在NMOS Nl的源極與地之間。圖IOA是繪示列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器72C的另一替代實(shí)施例的電路圖，而圖IOB是繪示圖IOA的驅(qū)動(dòng)器72C的操作的時(shí)序圖。如驅(qū)動(dòng)器72、驅(qū)動(dòng)器72A與驅(qū)動(dòng)器72B，驅(qū)動(dòng)器 72C包含反向器(即一對(duì)NM0S/PM0S N1/P1)、以及一對(duì)NAND邏輯閘極74與76。匪OS N3 耦合在NMOS Nl的源極與地之間，且如上結(jié)合圖9A所作描述般，利用偏壓Vbias來(lái)加以偏壓。 Nl與N3的尺寸如上結(jié)合圖8A與圖9A所作描述般。如上結(jié)合圖7A所作描述及估算尺寸的 NMOS N2耦合在反向器的輸出與地之間，且具有由NAND閘極76的輸出所控制的閘極端點(diǎn)。如上所述，在此提供一緩沖器，而可借由回轉(zhuǎn)率控制來(lái)縮減分流噪聲、以及降低因相鄰列之間的控制信號(hào)耦合所導(dǎo)致的耦合噪聲。借由將選取/作用列置于適用于最小化分流噪聲的狀況下、以及將未選取/非作用(靜態(tài))列置于適用于降低從作用列至鄰近列的信號(hào)的耦合的狀況下，可降低耦合噪聲。此外，改良的緩沖器有效降低內(nèi)部列的擾亂。一個(gè)列陣列具有多個(gè)控制信號(hào)，例如 TX、SELECT、RST。控制信號(hào)ΤΧ
可為SELECT
或RST
所妨礙。緩沖器設(shè)計(jì)提供健全的控制信號(hào)，可較不敏感于此種內(nèi)部列擾亂。雖然本發(fā)明已以示范實(shí)施例描述如上，然其并非用以限定本發(fā)明。相反地，應(yīng)廣泛地解釋所附的申請(qǐng)專利范圍，以包含熟習(xí)此技藝者可能在不脫離本發(fā)明的等效范圍所做的本發(fā)明的其它各種變化與實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種CMOS影像傳感器，其特征在于，包含一像素陣列，包含多個(gè)單元像素排列成多列與多行，個(gè)別的該些列的該些單元像素耦合至各自的列控制信號(hào)線；以及一緩沖器，包含多個(gè)列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器耦合至該些列控制信號(hào)線中各自的一者，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器裝配來(lái)當(dāng)各自的該控制信號(hào)線處于一作用狀態(tài)時(shí)，響應(yīng)于一輸入脈波，提供一列控制信號(hào)脈波給各自的該列控制信號(hào)線、以及裝配來(lái)當(dāng)各自的該列控制信號(hào)線處于一非作用狀態(tài)時(shí)，將該列控制信號(hào)線偏壓于一接地電壓，其中，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器在該列控制信號(hào)線處于該作用狀態(tài)時(shí)，具有一第一驅(qū)動(dòng)能力，且在該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，具有大于該第一驅(qū)動(dòng)能力的一第二驅(qū)動(dòng)能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器包含一反向器，具有一輸入用以接收該輸入脈波、以及一輸出耦合至各自的該列控制信號(hào)線；以及一開關(guān)，耦合在各自的該列控制信號(hào)線與一接地節(jié)點(diǎn)之間，其中控制該開關(guān)以在該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，增加該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的該第二驅(qū)動(dòng)能力，其中該反向器包含一 PMOS晶體管耦合在一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)與各自的該列控制信號(hào)線之間、以及一第一 NMOS晶體管耦合在各自的該列控制信號(hào)線與該接地節(jié)點(diǎn)之間，其中該開關(guān)包含一第二 NMOS晶體管耦合在各自的該列控制信號(hào)線與該接地節(jié)點(diǎn)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，該第一NMOS晶體管具有低于該第二 NMOS晶體管的驅(qū)動(dòng)能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一控制電路，用以提供一控制信號(hào)給該第二 NMOS晶體管的一閘極端點(diǎn)，該控制信號(hào)在該列控制信號(hào)線處于該作用狀態(tài)時(shí)，將該第二 NMOS晶體管偏壓至一關(guān)閉狀態(tài)，以及在該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，將該第二 NMOS晶體管偏壓至一開啟狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一第三NMOS晶體管耦合在該第一 NMOS晶體管的一源極端點(diǎn)與該接地節(jié)點(diǎn)之間，該第三NMOS晶體管的一閘極端點(diǎn)耦合至一正電壓偏壓節(jié)點(diǎn)，以將該第三NMOS晶體管偏壓至一開啟狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一控制電路，用以在該第一驅(qū)動(dòng)能力與該第二驅(qū)動(dòng)能力之間切換該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器包含一反向器，該反向器具有一輸入用以接收該輸入脈波、以及一輸出耦合至各自的該列控制信號(hào)線，且該反向器包含一 PMOS晶體管耦合在一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)與各自的該列控制信號(hào)線之間、以及一第一NMOS晶體管，其中該P(yáng)MOS晶體管的一閘極端點(diǎn)和一汲極端點(diǎn)與該第一 NMOS晶體管耦合在一起，以形成該反向器的該輸入與該輸出，該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一第二 NMOS晶體管耦合在該第一 NMOS晶體管的一源極端點(diǎn)與該接地節(jié)點(diǎn)之間，其中調(diào)整該第二NMOS晶體管的一閘極偏壓，以控制該第二NMOS晶體管的一驅(qū)動(dòng)能力，其中當(dāng)該列控制信號(hào)線處于該作用狀態(tài)時(shí)，該第二 NMOS晶體管的該閘極偏壓設(shè)成一第一正偏壓準(zhǔn)位，以及當(dāng)該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，該第二 NMOS晶體管的該閘極偏壓設(shè)成一第二正偏壓準(zhǔn)位，該第二正偏壓準(zhǔn)位大于該第一正偏壓準(zhǔn)位，其中每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一控制電路，用以選擇性地將該第二 NMOS晶體管的一間極端點(diǎn)耦合至該第一正偏壓準(zhǔn)位與該第二正偏壓準(zhǔn)位。
8.—種CMOS影像傳感器，其特征在于，包含一 CMOS像素陣列，包含多個(gè)單元像素排列成多列與多行，個(gè)別的該些列的該些單元像素耦合至各自的列控制信號(hào)線；以及一緩沖器，包含多個(gè)列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器耦合至該些列控制信號(hào)線中各自的一者，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器包含一反向器，該反向器用以在當(dāng)該列控制信號(hào)線處于一作用狀態(tài)時(shí)，響應(yīng)于一輸入脈波，提供一列控制信號(hào)脈波給各自的該列控制信號(hào)線，該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器裝配來(lái)當(dāng)各自的該列控制信號(hào)線處于一非作用狀態(tài)時(shí)，將該列控制信號(hào)線偏壓于一接地電壓，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一控制器，用以控制該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力，該列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器在該列控制信號(hào)線處于該作用狀態(tài)時(shí)，具有一第一驅(qū)動(dòng)能力，以降低分流噪聲，且在該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，具有大于該第一驅(qū)動(dòng)能力的一第二驅(qū)動(dòng)能力，以降低相鄰的該些列控制信號(hào)線之間的耦合效應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的CMOS影像傳感器，其特征在于，每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的該反向器包含一 PMOS晶體管、以及一第一 NMOS晶體管耦合在一電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)與一接地節(jié)點(diǎn)之間，且每一該些列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器還包含一第二 NMOS晶體管耦合在各自的該列控制信號(hào)線與該接地節(jié)點(diǎn)之間，其中該控制器具有一輸出耦合至該第二 NMOS晶體管的一閘極端點(diǎn)，其中該控制器響應(yīng)于一地址控制信號(hào)與一回轉(zhuǎn)率控制信號(hào)，而在該列控制信號(hào)線處于該非作用狀態(tài)時(shí)，開啟該第二 NMOS晶體管，且在該列控制信號(hào)線處于該作用狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉該第二 NMOS晶體管。
10.一種提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，其特征在于，該影像傳感器包含一像素陣列，該像素陣列包含多個(gè)單元像素排列成多列與多行，個(gè)別的該些列的該些單元像素耦合至各自的列控制信號(hào)線，該方法包含當(dāng)一選取的列控制信號(hào)線處于一作用狀態(tài)時(shí)，提供具有一低回轉(zhuǎn)率的一控制信號(hào)給該選取的列控制信號(hào)線，且該選取的列控制信號(hào)線處于一非作用狀態(tài)時(shí)，將相鄰的該些列控制信號(hào)線維持在一低電壓，提供該低回轉(zhuǎn)率的該控制信號(hào)的步驟包含以具有一第一驅(qū)動(dòng)能力的一驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)該選取的列控制信號(hào)線，以及將相鄰的該些列控制信號(hào)線維持在該低電壓的步驟包含以具有一第二驅(qū)動(dòng)能力的一驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)相鄰的該些列控制信號(hào)線，其中該第二驅(qū)動(dòng)能力大于該第一驅(qū)動(dòng)能力， 其中該影像傳感器是一 CMOS影像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS影像傳感器與提供影像傳感器的列控制信號(hào)的方法，其中所述互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(CMOS)影像傳感器，其包含一像素陣列包含具有多個(gè)個(gè)別單元像素列的多個(gè)單元像素耦合至各自的列控制信號(hào)線；以及一緩沖器包含多個(gè)列控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器。每一驅(qū)動(dòng)器耦合至各自的列控制信號(hào)線，且裝配來(lái)當(dāng)控制信號(hào)線處于作用狀態(tài)時(shí)，響應(yīng)于一輸入脈波，提供列控制信號(hào)脈波給各自的列控制信號(hào)線，以及裝配來(lái)當(dāng)各自的列控制信號(hào)線處于非作用狀態(tài)時(shí)，將列控制信號(hào)線偏壓于接地電壓。每一驅(qū)動(dòng)器在列控制信號(hào)線處于作用狀態(tài)時(shí)，具有第一驅(qū)動(dòng)能力，且在列控制信號(hào)線處于非作用狀態(tài)時(shí)，具有大于第一驅(qū)動(dòng)能力的第二驅(qū)動(dòng)能力。
文檔編號(hào)H04N5/374GK102377954SQ20111000522
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者周國(guó)煜, 趙亦平 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司