本發(fā)明涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種可減少隨機(jī)電訊信號噪音的CMOS圖像傳感器和相關(guān)方法。

背景技術(shù)：
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器普遍存在于相機(jī)的產(chǎn)品，如移動裝置、汽車、醫(yī)療裝置和視頻監(jiān)控裝置等之中。CMOS圖像傳感器包括分別的N×M行和列的像素陣列，其中每一個(gè)像素會將通過照相機(jī)透鏡而照在其上的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號再被轉(zhuǎn)換成顯示的圖像和/或包含圖像數(shù)據(jù)檔案的一部分。每一個(gè)像素包括光電二極管，其是可能將偽影引入圖像數(shù)據(jù)的光電二極管重設(shè)噪音的來源。CMOS圖像傳感器可包括相關(guān)的雙采樣(CDS)電路，以減少或消除這種噪音。CDS電路，正如其名稱所暗示的，每一個(gè)采樣周期會采樣二次來自像素的輸出：(i)在重設(shè)晶體管重設(shè)光電二極管電壓之后所獲取的參考樣本，和(ii)在轉(zhuǎn)移閘被脈沖后所獲取的圖像數(shù)據(jù)樣本，這會導(dǎo)致累積在光電二極管的集成信號電荷。從圖像數(shù)據(jù)樣本減去參考樣本可移除圖像數(shù)據(jù)樣本中的重設(shè)噪音。若沒有顯著的光電二極管重設(shè)噪音，則隨機(jī)電訊信號(RTS)噪音是顯著的噪音來源。各個(gè)像素中的源極耦隨器晶體管是RTS噪音的一個(gè)來源，其在數(shù)字信號表現(xiàn)形態(tài)上表現(xiàn)為低光照條件下的閃爍顯示像素。RTS噪音的第二個(gè)來源是對應(yīng)于CMOS圖像傳感器的每一個(gè)像素列的列讀出電路，其在本文中被稱為列的RTS噪音或偏壓的RTS噪音。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本文所公開的實(shí)施例闡明具有一種可減少偏壓RTS噪音的列讀取時(shí)序的CMOS圖像傳感器。一種可減少隨機(jī)電訊信號噪音的CMOS圖像傳感器被揭露。所述圖像傳感器包括像素和電連接到像素的相關(guān)的雙采樣(CDS)電路，CDS電路的特征是其具有一個(gè)CDS周期，該CDS周期包括參考采樣周期和圖像數(shù)據(jù)采樣周期。圖像傳感器還包括位線，位于像素和連接到像素的讀取電路之間的位線連接開關(guān)，以及位線開關(guān)控制器。位線在參考采樣周期和圖像數(shù)據(jù)采樣周期之間的整個(gè)第一時(shí)間的期間時(shí)，傳送轉(zhuǎn)移閘極信號作為具有非零值的位線信號。位線開關(guān)控制器被電連接到位線連接開關(guān)且被配置用于控制位線連接開關(guān)，使得位線連接開關(guān)在除了一個(gè)包括第一時(shí)間期間的連續(xù)的開放期間之外的整個(gè)CDS期間被關(guān)閉。一種用于減少CMOS圖像傳感器的RTS噪音的方法也被揭露。該方法包括在第一時(shí)刻開啟位線的位線連接開關(guān)，其選擇性地連接像素和讀取電路。第一時(shí)刻發(fā)生于在位線信號開關(guān)開啟時(shí)的第二瞬時(shí)之前，且在相關(guān)的雙采樣(CDS)參考樣本結(jié)束之后。該方法還包括在第五時(shí)刻關(guān)閉位線連接開關(guān)。第五時(shí)刻發(fā)生于在位線信號結(jié)束時(shí)的第四時(shí)刻之后且在CDS成像數(shù)據(jù)樣本開始時(shí)的第六時(shí)刻之前。附圖說明圖1顯示一個(gè)實(shí)施例中的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器。圖2是在一個(gè)實(shí)施例中，以進(jìn)一步的示例性細(xì)節(jié)顯示圖1的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器的像素陣列，及顯示其列的讀取電路。圖3是在一個(gè)實(shí)施例中，圖1的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器的像素內(nèi)的組件的電路圖。圖4是在一個(gè)實(shí)施例中，用來說明圖1的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器的列的讀取電路的CDS運(yùn)作的時(shí)序圖。圖5是顯示在一個(gè)實(shí)施例中，用來減少CMOS圖像傳感器的RTS噪音的方法的流程圖。具體實(shí)施方式圖1顯示一個(gè)實(shí)施例中的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器100，其包括具有多個(gè)像素110的像素陣列105，每一個(gè)像素是像素列和像素行111的一部分。CMOS圖像傳感器100是由控制器135所操作，控制器135控制從像素陣列105中選擇要被讀取的像素。行中的所有像素同時(shí)被發(fā)現(xiàn)且并行地被列讀取電路115讀取。公共行的像素響應(yīng)來自控制器135的控制信號而被行選擇器電路120所選擇并被激活。應(yīng)當(dāng)理解到，每一個(gè)像素的尺寸，包括大小、形狀和給定陣列中的像素的數(shù)目僅用于說明目的，而并非用于對范圍的限制，除非另有說明。在CMOS圖像傳感器100的一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)像素列111包括CDS電路。這樣的電路被說明于，例如，M.Bigas等人所發(fā)表的“CMOS圖像傳感器的評論”，Microelectr.J.37(2006)433-451，和其中的參考文獻(xiàn)。行選擇器電路120將轉(zhuǎn)移閘極信號TX施加到所選擇的像素行以激活被選擇的行中的像素。響應(yīng)來自控制器135的控制信號，列讀取電路115在圖像數(shù)據(jù)采樣周期時(shí)從所選擇的行中的像素讀取像素的輸出信號。當(dāng)轉(zhuǎn)移閘極信號TX到達(dá)列讀取電路115時(shí)會產(chǎn)生RTS噪音。這樣的RTS噪音在本文中被稱為列向的RTS噪音或偏壓的RTS噪音。偏壓的RTS噪音在黑暗或光線不足的設(shè)置中可在圖像中見到暗淡的垂直白線，其對應(yīng)于具有呈現(xiàn)RTS噪音的讀取電路的像素列。如下面所討論的，位線連接開關(guān)133位于相應(yīng)的像素列111和列讀取電路115之間。各個(gè)位線連接開關(guān)133具有計(jì)時(shí)屬性(顯示于圖4和相關(guān)的內(nèi)容中)，使得轉(zhuǎn)移閘極信號TX不能到達(dá)列讀取電路115，其導(dǎo)致減少的偏壓RTS噪音。位線開關(guān)控制器134以控制信號S1控制各個(gè)位線連接開關(guān)133。位線開關(guān)控制器134可以包括微處理器。位線開關(guān)控制器134的作用可以被并入例如控制器135、行選擇器電路120或減少的RTS噪音的CMOS圖像傳感器100的其它部分中。各個(gè)像素列111電連接到列讀取電路115的相應(yīng)的列讀取電路116。列讀取電路116依次被連接到像素輸出級125。像素輸出級125將列讀取電路115所讀取的電荷轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像樣本。然后樣本經(jīng)處理器130進(jìn)行處理，以產(chǎn)生數(shù)字圖像輸出140，其包括來自偏壓的RTS噪音的在低光成像條件下最明顯可見的圖像的偽影。圖2以進(jìn)一步的示例性細(xì)節(jié)顯示像素陣列105及列讀取電路115。像素陣列105包括布置在N個(gè)像素列111(1)至111(N)中的像素110。列讀取電路115包括各自連接到一個(gè)相應(yīng)的像素列111(1)至111(N)的列讀取電路116(1)至116(N)。列讀取電路116(1)至116(N)包括相應(yīng)的列放大器205(1)至205(N)，其用于放大來自位線206(1)至206(N)中的像素110(1)至110(N)的相應(yīng)的電信號。列讀取電路116也包括相應(yīng)的用于讀取放大電荷的采樣和保持電路220(1)至220(N)。各個(gè)采樣和保持電路220可以包括列的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)222，并且能夠關(guān)聯(lián)到雙采樣。位線206，也被稱為“列線”是傳導(dǎo)線，所有給定列的像素被連接到其上且信號輸出從其中經(jīng)由各個(gè)像素被讀取。位于各個(gè)相應(yīng)的像素列111和其相應(yīng)的列讀取電路116之間的位線連接開關(guān)133將各個(gè)位線206選擇性地連接到其相應(yīng)的列讀取電路116。典型的像素110可使用光檢測器，其具有接著4-晶體管(“4T”)的配置，如圖3所示。像素110包括光電二極管315，其接著轉(zhuǎn)移晶體管311，重設(shè)晶體管312，源極耦隨器晶體管313，和行選擇晶體管314。光探測器(光電二極管)315將入射其上的光轉(zhuǎn)換成電荷。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管311被轉(zhuǎn)移閘極控制信號TX激活時(shí)，電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管311被浮動擴(kuò)散區(qū)域316接收。重設(shè)晶體管312被連接在浮動擴(kuò)散區(qū)域316和電源電壓線335之間。重設(shè)控制信號“RST”被用來激活重設(shè)晶體管312，以便在傳輸來自光電二極管315的電荷之前，將浮動擴(kuò)散區(qū)域316重設(shè)到電源電壓線335的電源電壓VS。代替圖3的4T配置，像素110可以使用不同的晶體管配置，如3-晶體管、5-晶體管或6-晶體管而不脫離本發(fā)明的范圍。源極耦隨器晶體管313被連接到在電源電壓線335和行選擇晶體管314之間的浮動擴(kuò)散區(qū)域316。源極耦隨器晶體管313將存儲在浮動擴(kuò)散區(qū)域316的電荷轉(zhuǎn)換成位線信號371。行選擇晶體管314被行選擇信號“RS”所控制，用來選擇性地將源極耦隨器晶體管313和其位線信號371連接到位線206，其被連接到包括在列讀取電路115中的一個(gè)列讀取電路116。在光電二極管315未接收到入射光的成像的情況下，位線信號371是轉(zhuǎn)移閘極信號TX的失真版本。轉(zhuǎn)移閘極信號TX的失真可來自像素110的電路組件的特性，如在轉(zhuǎn)移晶體管311的點(diǎn)TX1和TX2(圖3)之間的寄生電容等。如果位線連接開關(guān)133在位線信號371到達(dá)時(shí)被關(guān)閉，則位線信號371會“泄漏”到列讀取電路116和其中的ADC222。ADC222包括裝置捕集器。由于位線信號371所增加的電壓會增加裝置捕集器的靜電位，其將增加捕捉電子的可能性，因此，會產(chǎn)生來自列ADC222的RTS噪音。圖4是時(shí)序圖，用來說明在黑暗的環(huán)境中的減小的RTS噪音的CMOS圖像傳感器100的一個(gè)列讀取電路116的CDS的運(yùn)作。時(shí)序圖400說明在一個(gè)CDS期間490的CDS，CDS期間490包括參考樣本周期404和由采樣時(shí)序402所示的圖像數(shù)據(jù)采樣周期406。樣本周期404和406分別對應(yīng)于黑參考值和圖像數(shù)據(jù)值的測量。轉(zhuǎn)移閘極信號TX和位線信號371發(fā)生在相鄰的樣本周期404和406之間，其中參考樣本周期404在圖像數(shù)據(jù)采樣周期406之前。開關(guān)時(shí)序433代表控制信號S1并說明了位線連接開關(guān)133的時(shí)序。行選擇晶體管時(shí)序414顯示行選擇晶體管314，如圖3所示的狀態(tài)。行選擇晶體管314在相關(guān)的雙采樣周期490時(shí)被關(guān)閉。行選擇晶體管時(shí)序414對應(yīng)于，例如，描述在給Mao等人的美國專利8294077號的行選擇晶體管的時(shí)序，其缺少位線連接開關(guān)133。因?yàn)樾羞x擇晶體管314在位線信號371是非零值時(shí)被打開，故位線信號371到達(dá)列讀取電路116且產(chǎn)生偏壓的RTS噪音。具有開關(guān)時(shí)序433的位線連接開關(guān)133，經(jīng)由阻止位線信號371到達(dá)列讀取電路116到達(dá)列讀出電路116，來移除這種偏壓的RTS噪音。其結(jié)果是，只有未偏壓的RTS噪音保留。在時(shí)序圖400中，轉(zhuǎn)移閘極信號TX在時(shí)間t2和t3之間被打開且位線信號371在時(shí)間t2和t4之間是非零值。轉(zhuǎn)移閘極信號TX關(guān)閉轉(zhuǎn)移晶體管311，使得累積在光電二極管315的電荷移向浮動擴(kuò)散區(qū)316。位線連接開關(guān)133，除了在時(shí)間t1和t5之間的持續(xù)時(shí)間T51之外，在CDS周期490時(shí)被關(guān)閉。持續(xù)時(shí)間T21＝t2-t1可以被認(rèn)為是位線連接開關(guān)133的建立時(shí)間，使得位線連接開關(guān)133在位線信號371到達(dá)它時(shí)是穩(wěn)定不變的打開狀態(tài)，從而防止位線信號371到達(dá)列讀取電路116。持續(xù)時(shí)間T21可等于零而不脫離本發(fā)明的范圍。持續(xù)時(shí)間T54＝t5-t4可被視為位線連接開關(guān)133的保持時(shí)間，使得位線連接開關(guān)133在位線信號371在時(shí)間t4返回到零時(shí)，是穩(wěn)定不變的關(guān)閉(傳送)狀態(tài)。持續(xù)時(shí)間T54可等于零而不脫離本發(fā)明的范圍。在轉(zhuǎn)移柵極信號TX和位線信號371分別在持續(xù)時(shí)間T32和T42為非零值時(shí)，偏壓RTS噪音可能會導(dǎo)致更多的偽影，其中T32＝t3-t2和T42＝t4-t2。持續(xù)時(shí)間T43決定于浮動擴(kuò)散區(qū)域316的固有電容CFD，源極–耦隨器和位線電路的寄生電容CTX和RC時(shí)間常數(shù)τ。位線信號371具有顯示于方程式1的浮動擴(kuò)散電壓VFD。在方程式1中，在時(shí)間t＝t4時(shí),位線信號371返回到電壓VFD(t4)＝ΔV′/α，其中常數(shù)α為正值。若設(shè)定ΔV′/α為VFD(t4)，依據(jù)方程式1，T43＝τlnα.常數(shù)α可以足夠大，使得VFD(t4)比起其它可量測的量如ΔV′是可忽略的(近乎零)。偏壓的RTS噪音可以在所得圖像中引起更多的偽影，因?yàn)樗鼤淖兿袼刂档闹狈綀D的平均值，使得直方圖會歪斜朝向超過中值像素值的像素值。相比之下，未偏壓的RTS噪音所表現(xiàn)的直方圖，大約對稱于其平均像素值，使得圖像偽影不太明顯。偏壓的RTS噪音在圖像中會產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)學(xué)上不平衡數(shù)目的白色和黑色點(diǎn)，而，未偏壓的RTS噪音在圖像中會產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)學(xué)上平衡數(shù)目的白色和黑色點(diǎn)。在所有其它的因素都一樣的條件下，未偏壓的RTS噪音比偏壓的RTS噪音產(chǎn)生較少的圖像偽影。圖5是顯示用來減少CMOS圖像傳感器的RTS噪音的方法500的流程圖。在步驟502中，方法500在第一時(shí)刻打開選擇性地連接像素和讀取電路的位線的位線連接開關(guān)，該第一時(shí)刻出現(xiàn)在雙采樣(CDS)的參考采樣結(jié)束之后且在位線信號開關(guān)接通時(shí)的第二時(shí)刻之前；在步驟502的一個(gè)例子中，位線連接開關(guān)133在轉(zhuǎn)移閘極信號開始時(shí)被打開，其發(fā)生于時(shí)刻t0之后且在時(shí)刻t2之前，如圖4所示。轉(zhuǎn)移閘極信號TX在時(shí)間t3發(fā)生的第三時(shí)刻結(jié)束。在步驟504中，方法500在第五時(shí)刻關(guān)閉位線連接開關(guān)，該第五時(shí)刻出現(xiàn)在位線信號結(jié)束時(shí)的第四時(shí)刻之后，且在CDS成像數(shù)據(jù)采樣開始時(shí)的第六時(shí)刻之前。在步驟504的一個(gè)例子中，位線連接開關(guān)133在時(shí)間t5時(shí)被關(guān)閉，其發(fā)生于時(shí)間t4之后且在時(shí)刻t6之前。方法500，位線連接開關(guān)除了在第一時(shí)刻和第五時(shí)刻之間之外，在CDS期間的任何時(shí)候均保持于關(guān)閉狀態(tài)。例如，位線連接開關(guān)133除了在時(shí)間t1和時(shí)間t5之間之外，在CDS期間490的任何時(shí)候都保持在閉合狀態(tài)(關(guān)閉的電路狀態(tài))。方法500在第一時(shí)刻和第五時(shí)刻之間的任何時(shí)候，位線連接開關(guān)均保持于打開狀態(tài)(開啟的電路狀態(tài))。例如，位線連接開關(guān)133在時(shí)間t1和時(shí)間t5之間的任何時(shí)候都保持在開啟狀態(tài)。在方法500的實(shí)施例中，在CDS期間時(shí)，如圖4所示，步驟502和504分別是位線連接開關(guān)被打開和被關(guān)開的唯一的時(shí)間。特征的組合。如上所述的特征以及下面的權(quán)利要求可以以各種方式來組合而不脫離本發(fā)明的范圍。下面的例子說明了一些可能的，非限制性的組合：(A1)一種可減少隨機(jī)電訊信號(RTS)噪音的CMOS圖像傳感器，其包括像素及電連接到像素的相關(guān)的雙采樣(CDS)電路，CDS電路具有包括參考采樣周期和圖像數(shù)據(jù)采樣周期的CDS周期；圖像傳感器也包括位線，位于像素和連接到像素的讀取電路之間的位線連接開關(guān)，和位線開關(guān)控制器。位線傳送轉(zhuǎn)移閘極信號以作為位線信號，該位線信號在參考采樣周期和圖像數(shù)據(jù)采樣周期之間的整個(gè)第一時(shí)間期間內(nèi)具有非零的值。位線開關(guān)控制器電連接到位線連接開關(guān)且被配置用于控制位線連接開關(guān)，使得位線連接開關(guān)在整個(gè)CDS期間除了一個(gè)包括第一時(shí)間期間的連續(xù)的開啟期間之外均被關(guān)閉。(A2)，如(A1)所述的圖像傳感器，其中，位線連接開關(guān)可具有開關(guān)時(shí)序，該開關(guān)時(shí)序具有每CDS期間恰好有兩個(gè)轉(zhuǎn)變。(A3)，如(A1)及(A2)的任一項(xiàng)所述的圖像傳感器，其中，位線信號具有大于轉(zhuǎn)移閘極信號的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間。(A4)，如(A1)至(A3)的任一項(xiàng)所述的圖像傳感器，其中，轉(zhuǎn)移閘極信號可具有完全在參考采樣和圖像數(shù)據(jù)采樣之間的持續(xù)時(shí)間。(A5)，如(A1)至(A4)的任一項(xiàng)所述的圖像傳感器，其中，像素是形成像素陣列的多個(gè)像素列之一的一部分，且讀取電路可以是電連接到多個(gè)像素列之一的列讀取電路。(B1)，一種用于減少CMOS圖像傳感器中的RTS噪音的方法，其包括：在第一時(shí)刻打開選擇性地連接像素和讀取電路的位線的位線連接開關(guān)，該第一時(shí)刻出現(xiàn)在位線信號開關(guān)接通時(shí)的第二時(shí)刻之前且在相關(guān)的雙采樣(CDS)的參考采樣結(jié)束之后。該方法也包括在第五時(shí)刻關(guān)閉位線連接開關(guān)，該第五時(shí)刻出現(xiàn)在位線信號結(jié)束時(shí)的第四時(shí)刻之后，且在CDS成像數(shù)據(jù)采樣開始時(shí)的第六時(shí)刻之前。(B2)，如(B1)所述的方法，其中，還包括在CDS期間除了在第一時(shí)刻和第五時(shí)刻之間之外的所有時(shí)間，位線連接開關(guān)均保持在關(guān)閉狀態(tài)的步驟。(B3)，如(B1)及(B2)的任一項(xiàng)所述的方法，其中，還包括在第一時(shí)刻和第五時(shí)刻之間的所有時(shí)間，位線連接開關(guān)均保持在打開狀態(tài)。上述方法和系統(tǒng)可以被施行改變而不脫離本發(fā)明的范圍。因此應(yīng)當(dāng)指出，包含在上述說明或顯示在附圖中的事項(xiàng)應(yīng)當(dāng)被解釋為說明性的而不是限制性的意義。下面的權(quán)利要求旨在涵蓋本文中所描述的所有一般的和特別的特征，以及本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的范圍的所有陳述，其中，只是因?yàn)檎Z言的關(guān)系，可以說它們都落入其間。