高速全局快門圖像傳感器像素及其信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速全局快門圖像傳感器像素及其信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法，該像素在第一幀時(shí)，光電二極管復(fù)位電壓經(jīng)第一緩沖放大器、采樣主開(kāi)關(guān)被采集到第一支路采樣電容中供之后讀出；幀轉(zhuǎn)移時(shí)，像素信號(hào)電壓經(jīng)第一緩沖放大器、采樣主開(kāi)關(guān)被采集到第三支路采樣電容中供之后讀出；第二幀時(shí)，光電二極管復(fù)位電壓經(jīng)第一緩沖放大器、采樣主開(kāi)關(guān)被采集到第二支路采樣電容中供之后讀出；幀轉(zhuǎn)移時(shí)，像素信號(hào)電壓經(jīng)第一緩沖放大器、采樣主開(kāi)關(guān)被采集到第三支路采樣電容中供之后讀出。本發(fā)明像素的輸出信號(hào)擺幅降為一般像素的一半，而對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采樣的噪聲也降為一般像素的一半，無(wú)其他任何噪聲源的引入，像素輸出的動(dòng)態(tài)范圍不受損失。
【專利說(shuō)明】高速全局快門圖像傳感器像素及其信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體圖像感測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高速全局快門圖像傳感器像素及其信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在拍攝高速移動(dòng)的物體時(shí)需要使用全局快門以避免圖像的扭曲.一種典型的全局快門CMOS像素如圖1所示。該像素基于傳統(tǒng)的3T像素結(jié)構(gòu)變化而來(lái)，由復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、光電二極管D、第一緩沖放大器AMP1、采樣開(kāi)關(guān)M4、采樣電容Cl、第二緩沖放大器AMP2、行選開(kāi)關(guān)M6組成；第一緩沖放大器AMPl由第一源極跟隨器M2和電流源負(fù)載M3構(gòu)成，第二緩沖放大器AMP2由第二源極跟隨器M5構(gòu)成；首先復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml閉合并對(duì)光電二極管D進(jìn)行復(fù)位，之后Ml關(guān)斷，像素開(kāi)始曝光，在曝光結(jié)束后，采樣開(kāi)關(guān)M4閉合并將光信號(hào)存儲(chǔ)在采樣電容Cl上以用于讀出。之后M4關(guān)斷，然后像素可以開(kāi)始下一幀曝光，Cl存儲(chǔ)的像素信號(hào)通過(guò)第二源極跟隨器M5和行選開(kāi)關(guān)M6讀出到總線BUS。該像素的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幀轉(zhuǎn)移時(shí)間較短，在曝光結(jié)束后僅需要對(duì)采樣開(kāi)關(guān)M4進(jìn)行一次操作。其缺點(diǎn)為無(wú)法進(jìn)行相關(guān)雙采樣以去除KTC噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠進(jìn)行相關(guān)雙采樣以去除KTC噪聲，并且降低像素中輸出信號(hào)的擺幅和降低輸出信號(hào)噪聲的高速全局快門圖像傳感器像素。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)M1，光電二極管D，第一緩沖放大器AMP1，采樣主開(kāi)關(guān)M3，第二緩沖放大器AMP2，行選開(kāi)關(guān)M9，采樣與0.5倍增益放大器模塊；所述采樣與0.5倍增益放大器模塊包括第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、第三支路采樣電容C3 ;復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的一端接電源電壓，另一端接光電二極管的陰極和第一緩沖放大器AMPl的輸入，光電二極管D的陽(yáng)極接地；采樣主開(kāi)關(guān)M3設(shè)置在第一緩沖放大器AMPl與采樣與0.5倍增益放大器模塊之間；第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6的一端與采樣主開(kāi)關(guān)M3連接，另一端分別與第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的一端與采樣主開(kāi)關(guān)M3連接，另一端同時(shí)與第二緩沖放大器AMP2的輸出和第三支路采樣電容C3的一個(gè)極板連接；第三支路采樣電容C3的另一端接地；第二緩沖放大器AMP2的輸出連接到行選開(kāi)關(guān)M9的一端，行選開(kāi)關(guān)M9的另一端連接到總線BUS。
[0005]上述高速全局快門圖像傳感器像素的信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法包括下述步驟:
[0006]步驟一:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml閉合對(duì)光電二極管D進(jìn)行復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5閉合；
[0007]步驟二:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷，曝光開(kāi)始，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5關(guān)斷，使光電二極管復(fù)位電壓通過(guò)第一緩沖放大器AMPl、采樣主開(kāi)關(guān)M3和第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5被采集到第一支路采樣電容Cl中供之后讀出；
[0008]步驟三:在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7閉合，信號(hào)穩(wěn)定之后斷開(kāi)，像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)第一緩沖放大器AMPl、采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被米集到第三支路米樣電容C3中供之后讀出，第一巾貞曝光結(jié)束；
[0009]步驟四:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml閉合對(duì)光電二極管D進(jìn)行第二次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6閉合；
[0010]步驟五:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷，第二幀曝光開(kāi)始，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6關(guān)斷；使光電二極管第二巾貞的復(fù)位電壓通過(guò)第一緩沖放大器AMPl、米樣主開(kāi)關(guān)M3和第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6被采集到第二支路采樣電容C2中供之后讀出；
[0011]步驟六:在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7閉合，信號(hào)穩(wěn)定之后斷開(kāi)使像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)第一緩沖放大器AMP1、采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被采集到第三支路采樣電容C3中供之后讀出，第二幀曝光結(jié)束；
[0012]步驟七:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml閉合對(duì)光電二極管進(jìn)行第三次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5閉合；
[0013]步驟八:將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml關(guān)斷，第三幀曝光開(kāi)始；之后斷開(kāi)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5使光電二極管復(fù)位電壓通過(guò)米樣主開(kāi)關(guān)M3和第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5被米集到第一支路采樣電容Cl中供之后讀出；
[0014]步驟九:重復(fù)上述過(guò)程，即可將圖像傳感器的圖像讀出。
[0015]本發(fā)明采用采樣電路及0.5倍增益放大器模塊對(duì)光電二極管的復(fù)位電壓和信號(hào)電壓進(jìn)行采樣，將步驟四和步驟七前后讀出的兩次電壓相減即得到經(jīng)過(guò)相關(guān)雙采樣之后的光信號(hào)電壓(Vreset-Vsignal) /2。通過(guò)該操作，像素的輸出信號(hào)擺幅變?yōu)橐话阆袼氐囊话?，而?duì)光信號(hào)進(jìn)行采樣的噪聲也降為一般像素的一半，無(wú)其他任何噪聲源的引入，從而保證了像素輸出的動(dòng)態(tài)范圍不受損失。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的典型全局快門像素結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例1、2、3曝光操作時(shí)序圖。
[0023]圖7是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例1、2、3逐行讀出時(shí)序圖。
[0024]圖8是本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素實(shí)施例4曝光操作時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1(為了支持權(quán)I的保護(hù)范圍畫(huà)了 4個(gè)圖，只有微小的差別)
[0026]如圖2所示，本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)M1，光電二極管D，第一緩沖放大器AMP1，采樣主開(kāi)關(guān)M3，第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5，第一支路采樣電容Cl，第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6，第二支路采樣電容C2，第三支路采樣開(kāi)關(guān)WJ，第三支路采樣電容C3，第二緩沖放大器AMP2，行選開(kāi)關(guān)M9 ;所述第一緩沖放大器由第一源極跟隨器M2和電流源負(fù)載M4構(gòu)成；第二緩沖放大器AMP2采用第二源極跟隨器M8 ;復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9均采用MOS管，復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、電流源負(fù)載M4、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9分別由柵極控制信號(hào)Reset、Sample、pc、s1、s2、s3、SEL控制其開(kāi)啟和關(guān)斷；復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、第一源極跟隨器M2、第二源極跟隨器M8的漏極連接電源電壓Vddpix ;光電二極管D反向偏置，其陰極接復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的源極，陽(yáng)極接地；第一采樣主開(kāi)關(guān)M3設(shè)置在第一源極跟隨器M2的源極與電流源負(fù)載M4的漏極之間；第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的漏極與電流源負(fù)載M4的漏極連接，源極分別與第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的源極同時(shí)連接到第二源極跟隨器M8的柵極，第二源極跟隨器M8的源極連接到行選開(kāi)關(guān)M9的一端，行選開(kāi)關(guān)M9的另一端連接到總線BUS。
[0027]實(shí)施例2
[0028]如圖3所示，本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)M1，光電二極管D，第一緩沖放大器AMPl，采樣主開(kāi)關(guān)M3，第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5，第一支路采樣電容Cl，第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6，第二支路采樣電容C2，第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7，第三支路采樣電容C3，第二緩沖放大器AMP2，行選開(kāi)關(guān)M9;所述第一緩沖放大器由第一源極跟隨器M2和電流源負(fù)載M4構(gòu)成；第二緩沖放大器AMP2采用第二源極跟隨器M8 ;復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9均采用MOS管，復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、電流源負(fù)載M4、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9分別由柵極控制信號(hào)Reset、Sample、pc、s1、s2、s3、SEL控制其開(kāi)啟和關(guān)斷；復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、第一源極跟隨器M2、第二源極跟隨器M8的漏極連接電源電壓Vddpix ;光電二極管D反向偏置，其陰極接復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的源極，陽(yáng)極接地；采樣主開(kāi)關(guān)M3放置于電流源負(fù)載M4的漏極與第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5的漏極之間；第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的漏極與電流源負(fù)載M4的漏極連接，源極分別與第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的源極同時(shí)連接到第二源極跟隨器M8的柵極，第二源極跟隨器M8的源極連接到行選開(kāi)關(guān)M9的一端，行選開(kāi)關(guān)M9的另一端連接到總線BUS。
[0029]實(shí)施例3
[0030]如圖4所示，本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)M1，光電二極管D，第一緩沖放大器AMP1，采樣主開(kāi)關(guān)M3，第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5，第一支路采樣電容Cl，第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6，第二支路采樣電容C2，第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7，第三支路采樣電容C3，第二緩沖放大器AMP2，行選開(kāi)關(guān)M9;所述第一緩沖放大器由第一源極跟隨器M2和電流源負(fù)載M4構(gòu)成；第二緩沖放大器AMP2采用第二源極跟隨器M8 ;復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9均采用MOS管，復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、電流源負(fù)載M4、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9分別由柵極控制信號(hào)Reset、Sample、pc、s1、s2、s3、SEL控制其開(kāi)啟和關(guān)斷；復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、第一源極跟隨器M2、第二源極跟隨器M8的漏極分別連接電源電壓VD1、VD2、VD3，VD1、VD2、VD3電壓值各不相同；光電二極管D反向偏置，其陰極接復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的源極，陽(yáng)極接地；采樣主開(kāi)關(guān)M3放置于電流源負(fù)載M4的漏極與第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5的漏極之間；第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的漏極與電流源負(fù)載M4的漏極連接，源極分別與第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的源極同時(shí)連接到第二源極跟隨器M8的柵極，第二源極跟隨器M8的源極連接到行選開(kāi)關(guān)M9的一端，行選開(kāi)關(guān)M9的另一端連接到總線BUS。
[0031]實(shí)施例4
[0032]如圖5所示，本發(fā)明的高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)M1，光電二極管D，第一緩沖放大器AMPl，采樣主開(kāi)關(guān)M3，第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5，第一支路采樣電容Cl，第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6，第二支路采樣電容C2，第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7，第三支路采樣電容C3，第二緩沖放大器AMP2，行選開(kāi)關(guān)M9 ;所述第一緩沖放大器AMPl由第一源極跟隨器M2構(gòu)成；第二緩沖放大器AMP2采用第二源極跟隨器M8 ;復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9均采用MOS管，復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、采樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、行選開(kāi)關(guān)M9分別由柵極控制信號(hào)Reset、Sample、s1、s2、s3、SEL控制其開(kāi)啟和關(guān)斷；復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml、第二源極跟隨器M8的漏極連接電源電壓Vddpix，第一源極跟隨器M2的漏極連接電源電壓Vsf_pulsed ;光電二極管D反向偏置，其陰極接復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的源極，陽(yáng)極接地；采樣主開(kāi)關(guān)M3放置于第一源極跟隨器M2的源極與第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5的漏極之間；第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的漏極與電流源負(fù)載M4的漏極連接，源極分別與第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容Cl、第二支路采樣電容C2、第三支路采樣電容C3的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的源極同時(shí)連接到第二源極跟隨器M8的柵極，第二源極跟隨器M8的源極連接到行選開(kāi)關(guān)M9的一端，行選開(kāi)關(guān)M9的另一端連接到總線BUS。
[0033]如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例1、2、3的全局曝光信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法如下:
[0034]將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行復(fù)位，隨后將米樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5、電流源負(fù)載M4的柵極控制信號(hào)Sample、s1、pc拉為高電平，之后將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平，曝光開(kāi)始；隨后將Sample、s1、pc拉為低電平,使光電二極管的復(fù)位電壓Vreset通過(guò)第一緩沖放大器AMPl、采樣主開(kāi)關(guān)M3和第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5被米集到第一支路米樣電容Cl中供之后讀出；
[0035]在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、電流源負(fù)載M4的柵極控制信號(hào)Sample、s3、pc拉為高電平,之后將這三個(gè)控制信號(hào)拉為低電平,像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被采集到第三支路采樣電容C3中供之后讀出，第一巾貞曝光結(jié)束；
[0036]將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行第二次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6、電流源負(fù)載M4的柵極控制信號(hào)Sample、s2、pc拉為高電平，將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平，第二幀曝光開(kāi)始；隨后將Sample、s2、pc拉為低電平,使光電二極管D的復(fù)位電壓Vreset通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6被采集到第二支路采樣電容C2中供之后讀出；
[0037]在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7、電流源負(fù)載M4的柵極控制信號(hào)Sample、s3、pc拉為高電平,之后拉為低電平,像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被采集到第三支路采樣電容C3中供之后讀出，第二幀曝光結(jié)束；
[0038]復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行第三次復(fù)位，隨后將米樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5、電流源負(fù)載M4的柵極控制信號(hào)Sample、s1、pc拉為高電平，將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平，第三幀曝光開(kāi)始；
[0039]重復(fù)上述過(guò)程，即可將圖像傳感器的圖像讀出。
[0040]如圖7所示，像素的讀出過(guò)程為:閉合像素的行選開(kāi)關(guān)M9，讀出第三支路電容C3中存儲(chǔ)的信號(hào)電壓Vsignal,然后將第三支路米樣開(kāi)關(guān)M7,第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5或者第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6閉合,讀出電壓(Vreset+Vsignal)/2。根據(jù)讀出的當(dāng)前巾貞的Vsignal存儲(chǔ)的位置，選擇讀出時(shí)的開(kāi)關(guān)是第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5還是第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6。
[0041]如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施例4的全局曝光信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法如下:
[0042]將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行復(fù)位，隨后將米樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M5的柵極控制信號(hào)Sample、sl拉為高電平,將第一源極跟隨器M2的漏極拉為低電平；之后將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平、第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為高電平,曝光開(kāi)始；隨后將Sample、sl拉為低電平；使光電二極管D的復(fù)位電壓Vreset通過(guò)第一源極跟隨器M2、采樣主開(kāi)關(guān)M3和第一支路采樣開(kāi)關(guān)M5被采集到第一支路采樣電容Cl中供之后讀出；
[0043]在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的柵極控制信號(hào)Sample、s3拉為高電平，第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為低電平并隨后拉為高電平；信號(hào)穩(wěn)定后，柵極控制信號(hào)Sample、s3被拉為低電平，使像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被采集到第三支路采樣電容C3中供之后讀出，第一巾貞曝光結(jié)束；
[0044]將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行第二次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6的柵極控制信號(hào)Sample、s2拉為高電平，第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為低電平，將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平，第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為高電平，第二中貞曝光開(kāi)始；隨后將Sample、s2拉為低電平,使光電二極管D的復(fù)位電壓Vreset通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第二支路采樣開(kāi)關(guān)M6被采集到第二支路采樣電容C2中供之后讀出；
[0045]在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)M3、第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7的柵極控制信號(hào)Sample、s3拉為高電平，第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為低電平并隨后拉為高電平；信號(hào)穩(wěn)定后，柵極控制信號(hào)Sample、s3被拉為低電平，使像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)M3和第三支路采樣開(kāi)關(guān)M7被采集到第三支路采樣電容C3中供之后讀出，第二幀曝光結(jié)束；
[0046]復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為高電平對(duì)光電二極管D進(jìn)行第三次復(fù)位，隨后將米樣主開(kāi)關(guān)M3、第一支路米樣開(kāi)關(guān)M6的柵極控制信號(hào)Sample、sl拉為高電平,第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為低電平；將復(fù)位開(kāi)關(guān)Ml的柵極控制信號(hào)Reset拉為低電平，第一源極跟隨器M2的漏極電源電壓Vsf_pulsed拉為高電平，第三幀曝光開(kāi)始；
[0047]重復(fù)上述過(guò)程，即可將圖像傳感器的圖像讀出。
[0048]像素的讀出過(guò)程與實(shí)施例1、2、3相同。
【權(quán)利要求】
1.一種高速全局快門圖像傳感器像素包括復(fù)位開(kāi)關(guān)(M1)，光電二極管(D)，第一緩沖放大器(AMP1)，采樣主開(kāi)關(guān)(M3)，第二緩沖放大器(AMP2)，行選開(kāi)關(guān)(M9)，其特征在于還包括采樣與0.5倍增益放大器模塊；所述采樣與0.5倍增益放大器模塊包括第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)、第一支路采樣電容(Cl)、第二支路采樣開(kāi)關(guān)(M6)、第二支路采樣電容(C2)、第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)、第三支路采樣電容(C3);復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)的一端接電源電壓，另一端接光電二極管的陰極和第一緩沖放大器(AMPl)的輸入，光電二極管(D)的陽(yáng)極接地；采樣主開(kāi)關(guān)(M3)設(shè)置在第一緩沖放大器(AMPl)與采樣與0.5倍增益放大器模塊之間；第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)、第二支路采樣開(kāi)關(guān)(M6)的一端與采樣主開(kāi)關(guān)(M3)連接，另一端分別與第一支路采樣電容(Cl)、第二支路采樣電容(C2)的一個(gè)極板連接，第一支路采樣電容(Cl)、第二支路采樣電容(C2)的另一個(gè)極板接地；第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)的一端與采樣主開(kāi)關(guān)(M3)連接，另一端同時(shí)與第二緩沖放大器(AMP2)的輸出和第三支路采樣電容(C3)的一個(gè)極板連接；第三支路采樣電容(C3)的另一端接地；第二緩沖放大器(AMP2)的輸出連接到行選開(kāi)關(guān)(M9)的一端，行選開(kāi)關(guān)(M9)的另一端連接到總線(BUS)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高速全局快門圖像傳感器像素的信號(hào)轉(zhuǎn)移控制方法，其特征在于包括下述步驟: 步驟一:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)閉合對(duì)光電二極管(D)進(jìn)行復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第一支路米樣開(kāi)關(guān)(M5)閉合； 步驟二:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)關(guān)斷，曝光開(kāi)始，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)關(guān)斷，使光電二極管復(fù)位電壓通過(guò)第一緩沖放大器(AMPl)、采樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)被采集到第一支路采樣電容(Cl)中供之后讀出； 步驟三:在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)閉合，信號(hào)穩(wěn)定之后斷開(kāi)，像素信號(hào)電壓V`signal通過(guò)第一緩沖放大器(AMPl)、采樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)被采集到第三支路采樣電容(C3)中供之后讀出，第一幀曝光結(jié)束； 步驟四:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)閉合對(duì)光電二極管(D)進(jìn)行第二次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第二支路采樣開(kāi)關(guān)(M6)閉合； 步驟五:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)關(guān)斷，第二幀曝光開(kāi)始，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第二支路采樣開(kāi)關(guān)(M6)關(guān)斷；使光電二極管第二幀的復(fù)位電壓通過(guò)第一緩沖放大器(AMPl)、米樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第二支路采樣開(kāi)關(guān)(M6)被采集到第二支路采樣電容(C2)中供之后讀出； 步驟六:在幀轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)，將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)閉合，信號(hào)穩(wěn)定之后斷開(kāi)使像素信號(hào)電壓Vsignal通過(guò)第一緩沖放大器(AMPl)、采樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第三支路采樣開(kāi)關(guān)(M7)被采集到第三支路采樣電容(C3)中供之后讀出，第二幀曝光結(jié)束； 步驟七:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)閉合對(duì)光電二極管進(jìn)行第三次復(fù)位，隨后將采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第一支路米樣開(kāi)關(guān)(M5)閉合； 步驟八:將復(fù)位開(kāi)關(guān)(Ml)關(guān)斷，第三幀曝光開(kāi)始；之后斷開(kāi)采樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)使光電二極管復(fù)位電壓通過(guò)采樣主開(kāi)關(guān)(M3)和第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)被采集到第一支路采樣電容(Cl)中供之后讀出； 步驟九:重復(fù)上述過(guò)程，即可將圖像傳感器的圖像讀出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速全局快門圖像傳感器像素，其特征在于所述第一緩沖放大器由第一源極跟隨器(M2)和電流源負(fù)載(M4)構(gòu)成；第一采樣主開(kāi)關(guān)(M3)設(shè)置在第一源極跟隨器(M2)的源極與電流源負(fù)載(M4)的漏極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速全局快門圖像傳感器像素，其特征在于所述第一緩沖放大器由第一源極跟隨器(M2)和電流源負(fù)載(M4)構(gòu)成；采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)采用MOS管，采樣主開(kāi)關(guān)(M3)放置于電流源負(fù)載(M4)的漏極與第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)的漏極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速全局快門圖像傳感器像素，其特征在于所述第一緩沖放大器(AMPl)由第一源極跟隨器(M2)構(gòu)成；采樣主開(kāi)關(guān)(M3)、第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5)采用MOS管，采樣主 開(kāi)關(guān)(M3)放置于第一源極跟隨器(M2)的源極與第一支路采樣開(kāi)關(guān)(M5的漏極之間。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK103533265SQ201310459374
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王欣洋, 馬成 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春長(zhǎng)光辰芯光電技術(shù)有限公司