Cmos圖像傳感器及其讀出裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種CMOS圖像傳感器及其讀出裝置，其中，CMOS圖像傳感器的讀出裝置包括：用于對CMOS圖像傳感器的像素單元的輸出信號進行放大的前置放大模塊，前置放大模塊與像素單元的輸出端相連；與前置放大模塊的輸出端相連的CDS讀出模塊；以及用于對像素單元、前置放大模塊和CDS讀出模塊進行控制的控制模塊，控制模塊分別與像素單元的控制端、前置放大模塊的控制端和CDS讀出模塊的控制端相連。本實用新型的CMOS圖像傳感器的讀出裝置在消除像素單元中FPN的同時，還可以有效消除自身失配而引入的列FPN，極大的提高所讀出圖像的質量。
【專利說明】CMOS圖像傳感器及其讀出裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微電子及光電子成像【技術領域】，特別涉及一種CMOS圖像傳感器和一種CMOS圖像傳感器的讀出裝置。
【背景技術】
[0002]目前，由于 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)工藝存在缺陷，導致晶體管特性參數及無源元件參數不均勻，因此，即便晶體管及無源元件有著相同的版圖，晶體管及無源元件在等價的長度和寬度方面均還是存在著失配問題。另外，MOS管的閾值電壓也存在著失配情況。以上失配問題致使CMOS圖像傳感器中存在FPN (固定模式噪聲，Fixed Pattern Noise), FPN是CMOS圖像傳感器中固有的噪聲。由于人的眼睛對FPN特別敏感，即言，FPN對CMOS圖像傳感器的圖像質量影響特別大，因此，高性能的CMOS圖像傳感器的讀出電路首先需要消除FPN。
[0003]已知技術中，CMOS圖像傳感器的讀出電路通過采用⑶S (Correlated DoubleSample,相關雙采樣)技術來消除CMOS圖像傳感器的像素單元電路pixel中MOS (MetalOxide Semiconductor,金屬氧化物半導體)管Ml’、M2’和M3’的失配所造成的FPN。例如，如圖1所示的傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器采用CDS讀出電路結構，具體地，該CMOS圖像傳感器的⑶S讀出電路消除像素單元電路pixel中FPN的工作原理為:當信號RST’為高電平時，信號RST’控制的晶體管M2’導通，此時，晶體管M3’的柵極電壓被復位到Vddp’復位電壓。當信號RST’關斷時，晶體管M3’的柵極由于寄生電容的存在，存儲Vddp’復位信號，此時，由于信號SHR’為高電平，信號SHR’控制的開關導通，電容Cr’采集Vddp’復位信號。當信號SHR’關斷時，信號SHR’控制的開關關斷，此時，信號TX’變?yōu)楦唠娖?，信號TX’控制的晶體管Ml’導通，由光電二極管產生的光電信號傳輸到晶體管M3’的柵極。當信號TX’關斷時，晶體管M3’的柵極寄生電容存儲由光電二極管產生的光電信號。當信號SHS’為高電平時，信號SHS’控制的開關導通，電容Cs’采集光電二極管產生的光電信號。當信號SHS’關斷時，信號SHS’控制的開關關斷，此時，COLr信號為高電平，COLr信號控制的開關關斷。CDS讀出電路輸出Vddp’復位信號和光電二極管產生的光電信號，其中，Vddp’復位信號和光電二極管產生的光電信號之差為該CDS讀出電路的輸出信號。
[0004]已知技術存在的缺點是:⑶S讀出電路可以消除像素單元電路pixel中MOS管Ml’、M2’和M3’的失配所造成的FPNJS⑶S讀出電路自身的失配仍然會引入大量的列FPN，嚴重的影響到CMOS圖像傳感器的圖像質量，因此，需要進一步消除CDS讀出電路引入的列FPN以獲得高性能的CMOS圖像傳感器。
實用新型內容
[0005]本實用新型實施例的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。
[0006]為此，本實用新型實施例的一個目的在于提出一種CMOS圖像傳感器的讀出裝置，該CMOS圖像傳感器的讀出裝置可以有效消除自身失配而引入的列FPN，大大提高所讀出圖像的質量。
[0007]本實用新型實施例的另一個目的在于提出一種CMOS圖像傳感器。
[0008]為達到上述目的，本實用新型實施例一方面提出了一種CMOS圖像傳感器的讀出裝置，該CMOS圖像傳感器的讀出裝置包括:用于對CMOS圖像傳感器的像素單元的輸出信號進行放大的前置放大模塊，所述前置放大模塊與所述像素單元的輸出端相連；與所述前置放大模塊的輸出端相連的相關雙采樣CDS讀出模塊；以及用于對所述像素單元、所述前置放大模塊和所述CDS讀出模塊進行控制的控制模塊，所述控制模塊分別與所述像素單元的控制端、所述前置放大模塊的控制端和所述CDS讀出模塊的控制端相連。
[0009]本實用新型實施例提出的CMOS圖像傳感器的讀出裝置通過前置放大模塊對像素單元的輸出信號進行放大，從而減小CDS讀出模塊自身失配而引入的列FPN。該CMOS圖像傳感器的讀出裝置在消除像素單元中FPN的同時，還可以有效減小CDS讀出模塊自身失配而引入的列FPN,大大提聞所讀出圖像的質量。
[0010]為達到上述目的，本實用新型實施例另一方面還提出了一種CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器包括:像素陣列，所述像素陣列包括多個像素單元；以及多個所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，每個所述CMOS圖像傳感器的讀出裝置分別與對應的所述像素單兀的輸出端相連。
[0011]本實用新型實施例提出的CMOS圖像傳感器，通過多個上述CMOS圖像傳感器的讀出裝置來對像素陣列的多個像素單元所輸出的信號進行放大，不僅可以有效消除像素陣列中的FPN，還可以有效消除由多個CMOS圖像傳感器的讀出裝置自身失配而引入的列FPN，因此，該CMOS圖像傳感器可以獲得更清晰的圖像。
[0012]本實用新型附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本實用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0014]圖1為傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器；
[0015]圖2為根據本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的框圖；
[0016]圖3為根據本實用新型一個實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的框圖；
[0017]圖4為根據本實用新型一個實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的結構圖；
[0018]圖5為根據本實用新型一個實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的控制時序圖；
[0019]圖6為根據本實用新型另一個實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的結構圖；
[0020]圖7為根據本實用新型另一個實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置的控制時序圖；以及
[0021]圖8為根據本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的的框圖。
【具體實施方式】
[0022]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0023]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0024]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0025]參照下面的描述和附圖，將清楚本實用新型的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本實用新型的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實用新型的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本實用新型的實施例的范圍不受此限制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0026]下面參照附圖來描述根據本實用新型實施例提出的CMOS圖像傳感器的讀出裝置和CMOS圖像傳感器。
[0027]如圖2所示，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20包括:前置放大模塊21、CDS讀出模塊22以及控制模塊23。其中，前置放大模塊21用于對CMOS圖像傳感器的像素單元10的輸出信號進行放大，前置放大模塊21與像素單元10的輸出端相連。⑶S讀出模塊22與前置放大模塊21的輸出端相連?？刂颇K23用于對像素單元10、前置放大模塊21和CDS讀出模塊22進行控制，控制模塊23分別與像素單元10的控制端、前置放大模塊21的控制端和CDS讀出模塊23的控制端相連。
[0028]具體地，在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，像素單元10包括:光電二極管D、第一開關管Ml、第二開關管M2、第三開關管M3以及直流電源DC。其中，光電二極管D的陽極接地，光電二極管D的陰極與第一開關管Ml的第一端相連，第一開關管Ml的第二端分別與第二開關管M2的第一端和第三開關管M3的控制端相連，第二開關管M2的第二端與第三開關管M3的第二端相連，第二開關管M2的第二端和第三開關管M3的第二端接Vddp復位電壓，第三開關管M3的第一端與直流電源DC的正極相連，直流電源DC的負極接地，第三開關管M3的第一端作為像素單元10的輸出端。優(yōu)選地，第一開關管Ml、第二開關管M2以及第三開關管M3為MOS管。需要說明的是，第一開關管Ml的控制端接控制時序TX、第二開關管M2的控制端接控制時序RST。
[0029]另外，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20仍然采用⑶S讀出模塊22來消除像素單元10中第一開關管Ml、第二開關管M2以及第三開關管M3等的失配所造成的FPN。具體地，如圖3所示，⑶S讀出模塊22包括:第七開關K7、第八開關K8、第九開關K9、第十開關K10、第五電容Cr以及第六電容Cs。其中，第七開關K7的控制時序為SHR，第七開關K7的一端與前置放大模塊21的輸出端相連，第七開關K7的另一端分別與第五電容Cr的一端和第九開關K9的一端相連,第五電容Cr的另一端接地,第九開關K9的另一端作為CDS讀出模塊22的第一輸出端，并輸出信號VoutR。第八開關K8的控制時序為SHS，第八開關K8的一端與前置放大模塊21的輸出端相連，第八開關K8的另一端分別與第六電容Cs的一端和第十開關KlO的一端相連,第六電容Cs的另一端接地,第十開關KlO的另一端作為CDS讀出模塊22的第二輸出端，并輸出信號VoutS。其中，第九開關K9和第十開關KlO具有相同的控制時序C0L。需要說明的是，信號VoutR與信號VoutS之差作為本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的輸出信號。
[0030]進一步地，在本實用新型的一個實施例中，如圖4所示，前置放大模塊21可以包括:第一電容Cl、第一放大器V1、第二電容C2、第一開關K1、第二開關K2以及第三開關K3。其中，第一電容Cl的一端與像素單兀10的輸出端相連。第一放大器Vl的反相端與第一電容Cl的另一端相連,第一放大器Vl的同相端與參考電壓Vref相連,第一放大器Vl的輸出端與⑶S讀出模塊22的輸入端相連。第二電容C2的一端與第一放大器Vl的反相端相連。第一開關Kl的一端與第二電容C2的另一端相連,第一開關Kl的另一端與參考電壓Vref相連。第二開關K2的一端與第一開關Kl的一端相連，第二開關K2的另一端與第一放大器Vl的輸出端相連。第三開關K3的一端與第一放大器Vl的反相端相連,第三開關K3的另一端與第一放大器Vl的輸出端相連。優(yōu)選地，第二電容C2為可調電容，由于第二電容C2并聯在第一放大器Vl的反相端和輸出端之間，因此，第一放大器Vl的放大倍數可以根據需要通過調節(jié)第二電容C2的容值來改變。進一步地，在本實用新型的一個實施例中，控制模塊23分別與第一開關K1、第二開關K2和第三開關K3相連，第一開關K1、第二開關K2和第三開關K3均由控制模塊23進行控制，且第一開關Kl和第三開關K3具有相同的控制時序RST，第二開關K2的控制時序RSTB與第一開關Kl和第三開關K3的控制時序RST反向。
[0031]進一步地，在本實用新型的一個實施例中，CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的各控制時序由控制模塊23提供，且各控制時序如圖5所示，其中，(I)為控制時序RST的時序圖，
(2)為控制時序RSTB的時序圖，(3)為控制時序SHR的時序圖，(4)為控制時序TX的時序圖，(5)為控制時序SHS的時序圖，(6)為控制時序COL的時序圖。
[0032]具體地，在圖5所示的各控制時序的控制下，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的工作原理為:在忽略第一放大器Vl的失配電壓Vos的前提下，當控制時序RST為高電平時，控制時序RST控制的第二開關管M2導通，因此，第三開關管M3的控制端電壓被復位到Vddp復位電壓，此時，像素單元10輸出Vrst復位信號。當控制時序RST為高電平時，控制時序RSTB信號為低電平，控制時序RST控制的第一開關Kl和第三開關K3導通，此時，第一放大器Vl的反相端和輸出端短接，第二電容C2的另一端電平為參考電壓Vref0由于第一放大器Vl的高增益和同相端與反相端的虛短特性，第一放大器Vl的同相端與反相端的電平相等，即言，第一放大器Vl反相端的電平為參考電壓Vref，第一放大器Vl輸出端的電平為Vref，因此，第二電容C2中存儲的電荷為Q2= (Vref-Vref) *C2=0。另外，由于第一電容Cl的一端接像素單兀10的輸出端,第一電容Cl的另一端接第一放大器Vl的反相端，因此，第一電容Cl的一端電平為Vrst復位信號，第一電容Cl的另一端接參考電壓Vref，此時，第一電容Cl中存儲的電荷為Ql= (Vrst-Vref) *C1。當控制時序RST為低電平時，控制時序RST控制的第二開關管M2、第一開關Kl和第三開關K3關斷，由于像素單元10中第三開關管M3的控制端存在寄生電容，此寄生電容仍然存儲Vddp復位電壓，此時，像素單元10仍然輸出Vrst復位信號。另外，當控制時序RST為低電平時，控制時序SHR為高電平，控制時序SHR控制的第七開關K7導通。此外，當控制時序RST為低電平時，由于第一放大器Vl的輸入信號仍然為Vrst復位信號,根據電荷守恒原理,第一放大器Vl的輸出仍然為參考電壓Vref，此時，第五電容Cr采集參考電壓Vref信號。當控制時序SHR為低電平時，控制時序SHR控制的第七開關K7關斷。當控制時序TX為高電平時，控制時序TX控制的第一開關管Ml導通，由光電二極管D產生的光電信號Vsig傳輸到第三開關管M3的控制端。當控制時序TX為低電平時，控制時序TX控制的第一開關管Ml關斷，第三開關管M3的控制端的寄生電容存儲由光電二極管D產生的光電信號Vsig，此時，前置放大模塊21的輸入信號為光電二極管產生的光電信號Vsig,前置放大模塊21的輸出信號為Vout。第一電容Cl中存儲的電荷為Ql，= (Vref-Vsig) *C1，第二電容C2中存儲的電荷為Q2，= (Vref-Vout) *C2。根據電荷守恒原理 Q1+Q2=Q1’ +Q2’，可以得到 Vout=Vref+ (Vddp-Vsig) *C1/C2，其中，Vddp=2Vref-Vsig-Vrst。當控制時序SHS為高電平時，控制時序SHS控制的第八開關K8導通，第六電容Cs采集Vout信號。當控制時序SHS為低電平時，控制時序COL為高電平，此時，控制時序COL控制的第九開關K9和第十開關KlO導通，CDS讀出模塊22同時輸出信號VoutR和信號VoutS，以供后續(xù)電路進行處理。需要說明的是，信號VoutR與信號VoutS之差作為本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的輸出信號。
[0033]進一步地，在本實用新型的一個實施例中，第一放大器Vl存在著失配，并且第一放大器Vl的失配電壓Vos的大小不固定，如果不消除該失配電壓Vos將導致CMOS圖像傳感器生成的圖像出現嚴重的列FPN，因此，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20可以采用如圖4所示的電路結構去失配以避免由于第一放大器Vl的失配所引入的列FPN。本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20消除第一放大器Vl的失配所引入的列FPN的工作原理為:假設失配電壓Vos的極性與參考電壓Vref相同，當控制時序RST為高電平，控制時序RSTB為低電平時，控制時序RST控制的第二開關管M2、第一開關Kl和第三開關K3導通,像素單兀10輸出Vrst復位信號,此時,忽略第一放大器Vl進行運放時的增益有限這個因素,第一電容Cl中存儲的電荷為Ql=(Vref+Vos-Vrst)*Cl，第二電容C2中存儲的電荷為Q2=(Vref+Vos-Vref)*C2=Vos*C2，此時，失配電荷存儲在第二電容C2上。當控制時序RST為低電平時，控制時序RST控制的第一開關K1、第三開關K3以及第二開關管M2在溝道電荷注入時和時鐘饋通時會引入FPN，該FPN可以由⑶S讀出模塊22消除，因此可以忽略該FPN對本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的輸出信號的影響。另外，當控制時序RST為低電平時，根據電荷守恒原理，第一放大器Vl的輸出仍然為參考電壓Vref。當控制時序SHR為高電平時，控制時序SHR控制的第七開關K7導通，第五電容Cr采集參考電壓Vref信號，可以看出，第五電容Cr采集的信號中并沒有包含第一放大器Vl的失配電壓Vos。當控制時序SHS為高電平時，控制時序SHS控制的第八開關K8導通,像素單兀10輸出由光電二極管D產生的光電信號Vsig,第六電容Cs米集Vout信號，此時，第一電容Cl中存儲的電荷為Ql’ =(Vref+V0S-Vsig)*Cl，第二電容C2中存儲的電荷為Q2’ =(Vref+Vos-Vout)*C2，根據電荷守恒原理Q1+Q2=Q1’ +Q2’，計算得出Vout=Vref+(Vrst-Vsig) *C1/C2，由此可見，第六電容Cs采集的信號中也沒有包含第一放大器Vl的失配電壓Vos，因此，采用如圖4所示電路結構的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20可以消除前置放大模塊21自身失配所引入的列FPN。
[0034]具體地，在本實用新型的另一個實施例中，如圖6所示，前置放大模塊21包括:第三電容C3、第二放大器V2、第四電容C4、第四開關K4、第五開關K5以及第六開關K6。其中，第三電容C3的一端與像素單元10的輸出端相連。第二放大器V2的反相端與第三電容C3的另一端相連，第二放大器V2的同相端與參考電壓Vref相連。第四電容C4的一端與第二放大器V2的反相端相連。第四開關K4的一端與第四電容C4的另一端相連，第四開關K4的另一端與參考電壓Vref相連。第五開關K5的一端分別與第四開關K4的一端和⑶S讀出模塊22的輸入端相連,第五開關K5的另一端與第二放大器V2的輸出端相連。第六開關K6的一端與第二放大器V2的反相端相連,第六開關K6的另一端與第二放大器V2的輸出端相連。進一步地，在本實用新型的另一個實施例中，控制模塊23分別與第四開關K4、第五開關K5和第六開關K6相連，第四開關K4、第五開關K5和第六開關K6均由控制模塊23進行控制，且第四開關K4和第六開關K6具有相同的控制時序RSTl，第五開關的控制時序RSTBl與第四開關K4和第六開關K6的控制時序RSTl反向。
[0035]進一步地，在本實用新型的另一個實施例中，CMOS圖像傳感器的讀出裝置20的各控制時序如圖7所示，其中，(7)為控制時序RSTl的時序圖，(8)為控制時序RSTBl的時序圖，(9)為控制時序SHRl的時序圖，(10)為控制時序TXl的時序圖，(11)為控制時序SHSl的時序圖，(12)為控制時序COLl的時序圖。其中，SHRl為第七開關K7的控制時序，SHSl為第八開關K8的控制時序，TXl為第一開關管Ml的控制端的控制時序，COLl為第九開關K9和第十開關KlO的控制時序。需要說明的是，RSTl還為第二開關管M2的控制端的控制時序。
[0036]進一步地，在本實用新型的另一個實施例中，第二放大器V2也存在著失配，并且第二放大器V2的失配電壓Vosl的大小不固定，如果不消除該失配電壓Vosl將導致CMOS圖像傳感器生成的圖像出現嚴重的列FPN，因此，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20還可以采用如圖6所示的電路結構去失配以避免由于第二放大器V2的失配所引入的列FPN。具體地，在圖7所示的各控制時序的控制下，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20消除第二放大器V2的失配所引入的列FPN的工作原理為:假設第二放大器V2的失配電壓為Vosl，當控制時序RSTl為高電平時，控制時序RSTl控制的第二開關管M2、第一開關Kl和第三開關K3導通，像素單元10輸出Vrst復位信號，由于控制時序SHRl先于控制時序RSTl跳變?yōu)榈碗娖?，CDS讀出模塊22的輸入信號始終為參考電壓Vref。當控制時序RSTl為低電平時，信號VoutR為參考電壓Vref，可以看出，此時，信號VoutR中并沒有包含第二放大器V2的失配電壓Vosl。此時，忽略第二放大器V2進行運放時的增益有限等因素，第三電容C3中存儲的電荷為Q3= (Vref+Vos 1-Vrst) *C3，第四電容C4中存儲的電荷為Q4= (Vref+Vos1-Vref)*C4=VosI*C4，可以看出，此時失配電荷存儲在第四電容C4上。當控制時序RSTl為低電平，控制時序SHSl為高電平時，控制時序SHSl控制的第八開關K8導通,像素單兀10輸出光電二極管D產生的光電信號Vsig,第六電容Cs米集Voutl信號，此時，第三電容C3中存儲的電荷為Q3’ = (Vref+Vos 1-Vsig) *C3，第四電容C4中存儲的電荷為Q4’ =(Vref+Vosl-Voutl)*C4，根據電荷守恒原理Q3+Q4=Q3’ +Q4’，可以算出Voutl=Vref+(Vrst-Vsig) *C3/C4。當控制時序SHSl為低電平時，控制時序COLl為高電平，此時，控制時序COLl控制的第九開關K9和第十開關KlO導通，⑶S讀出模塊22同時輸出信號VoutR和信號VoutS，其中，信號VoutS為VoutI信號，可以看出，輸出信號VoutS中沒有包含第二放大器V2的失配電壓Vosl，因此，采用如圖6所示電路結構的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20也可以消除前置放大模塊21自身失配所引入的列FPN。
[0037]另外，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20具有提高所讀出圖像的信噪比的功能，具體地工作原理為:當像素單元10輸出信號的幅度為V，⑶S讀出模塊22自身失配造成的輸出誤差即列FPN為Λ V時，傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的讀出電路所讀出圖像的信噪比為(V/Λ V) *100%。當采用如圖4或圖6所示電路結構的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20后，CDS讀出模塊22自身失配造成的輸出誤差即列FPN仍然為Λν，由于前置放大模塊21可以放大像素單元10輸出信號的幅度，例如當放大倍數為N倍時，則此時CMOS圖像傳感器的讀出裝置20所讀出圖像的信噪比為(NV/ Δ V) *100%，由此可見CMOS圖像傳感器的讀出裝置20所讀出圖像的信噪比與傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的讀出電路所讀出圖像的信噪比相比增大了 N倍，其中，N為大于等于I的正整數。即言，CMOS圖像傳感器的讀出裝置20提高了所讀出圖像的信噪比，從而極大的減小了 CDS讀出模塊22自身失配造成的列FPN0因此，本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20可以提高⑶S讀出模塊22失配時所讀出圖像的信噪比，從而減?、荢讀出模塊22自身失配造成的列FPN，因此，可以大大提高所讀出圖像的質量。
[0038]本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器的讀出裝置通過前置放大模塊對像素單元的輸出信號進行放大，從而提高CDS讀出模塊所讀出圖像的信噪比。該CMOS圖像傳感器的讀出裝置不僅可以有效消除像素單元中的FPN，還可以有效減小CDS讀出模塊自身失配所引入的列FPN和消除前置放大模塊自身失配所引入的列FPN，因此，可以極大的提高所讀出圖像的質量。
[0039]本實用新型的另一方面實施例還提出一種CMOS圖像傳感器，如圖8所示，該CMOS圖像傳感器包括:像素陣列I和多個上述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置20、21、……2N其中，N為大于等于I的正整數。具體地，像素陣列I包括多個像素單元10、11、……IN。每個上述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置分別與對應的像素單元的輸出端相連。
[0040]本實用新型實施例的CMOS圖像傳感器通過多個上述CMOS圖像傳感器的讀出裝置來對像素陣列的多個像素單元所輸出的信號進行放大，不僅可以有效消除像素陣列中的FPN,還可以大大提高CMOS圖像傳感器的讀出裝置所讀出圖像的信噪比和有效消除CMOS圖像傳感器的讀出裝置自身失配而引入的列FPN。因此，該CMOS圖像傳感器可以獲得更清晰的圖像。
[0041]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0042]盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種CMOS圖像傳感器的讀出裝置，其特征在于，包括: 用于對CMOS圖像傳感器的像素單元的輸出信號進行放大的前置放大模塊，所述前置放大模塊與所述像素單元的輸出端相連； 與所述前置放大模塊的輸出端相連的相關雙采樣CDS讀出模塊；以及用于對所述像素單元、所述前置放大模塊和所述CDS讀出模塊進行控制的控制模塊，所述控制模塊分別與所述像素單元的控制端、所述前置放大模塊的控制端和所述CDS讀出模塊的控制端相連。
2.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，其特征在于，所述前置放大模塊包括: 第一電容，所述第一電容的一端與所述像素單元的輸出端相連； 第一放大器，所述第一放大器的反相端與所述第一電容的另一端相連，所述第一放大器的同相端與參考電壓相連，所述第一放大器的輸出端與所述CDS讀出模塊的輸入端相連； 第二電容，所述第二電容的一端與所述第一放大器的反相端相連； 第一開關，所述第一開關的一端與所述第二電容的另一端相連，所述第一開關的另一端與所述參考電壓相連； 第二開關，所述第二開關的一端與所述第一開關的一端相連，所述第二開關的另一端與所述第一放大器的輸出 端相連；以及 第三開關，所述第三開關的一端與所述第一放大器的反相端相連，所述第三開關的另一端與所述第一放大器的輸出端相連。
3.如權利要求2所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，其特征在于，所述控制模塊分別與所述第一開關、所述第二開關和所述第三開關相連，所述第一開關、第二開關和第三開關均由所述控制模塊進行控制，且所述第一開關和所述第三開關具有相同的控制時序，所述第二開關的控制時序與所述第一開關和所述第三開關的控制時序反向。
4.如權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，其特征在于，所述前置放大模塊包括: 第三電容，所述第三電容的一端與所述像素單元的輸出端相連； 第二放大器，所述第二放大器的反相端與所述第三電容的另一端相連，所述第二放大器的同相端與參考電壓相連； 第四電容，所述第四電容的一端與所述第二放大器的反相端相連； 第四開關，所述第四開關的一端與所述第四電容的另一端相連，所述第四開關的另一端與參考電壓相連； 第五開關，所述第五開關的一端分別與所述第四開關的一端和所述CDS讀出模塊的輸入端相連，所述第五開關的另一端與所述第二放大器的輸出端相連；以及 第六開關，所述第六開關的一端與所述第二放大器的反相端相連，所述第六開關的另一端與所述第二放大器的輸出端相連。
5.如權利要求4所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，其特征在于，所述控制模塊分別與所述第四開關、所述第五開關和所述第六開關相連，所述第四開關、所述第五開關和所述第六開關均由所述控制模塊進行控制，且所述第四開關和所述第六開關具有相同的控制時序，所述第五開關的控制時序與所述第四開關和所述第六開關的控制時序反向。
6.一種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括: 像素陣列，所述像素陣列包括多個像素單元；以及 多個如權利要求1-5中任一項所述的CMOS圖像傳感器的讀出裝置，每個所述CMOS圖像傳感器的讀出裝置分別 與對應的所述像素單元的輸出端相連。
【文檔編號】H04N5/374GK203691516SQ201320835049
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權日:2013年12月16日
【發(fā)明者】高菊, 郭先清, 傅璟軍 申請人:比亞迪股份有限公司