本實(shí)用新型涉及圖像傳感器，并且更具體地講，涉及包含具有有源復(fù)位的像素的固態(tài)圖像傳感器陣列。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電子設(shè)備(諸如移動(dòng)電話、相機(jī)和計(jì)算機(jī))通常使用數(shù)字圖像傳感器。圖像傳感器(有時(shí)稱為成像器)可由二維圖像感測(cè)像素陣列形成。每個(gè)像素包括光敏區(qū)，所述光敏區(qū)接收入射光子(光)并將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。有時(shí)，圖像傳感器被設(shè)計(jì)為使用聯(lián)合圖象專家組(JPEG)格式將圖像提供給電子設(shè)備。

圖像傳感器可通過(guò)以下方式來(lái)感測(cè)光：將碰撞光子轉(zhuǎn)換成積聚(收集)到傳感器像素中的電子或空穴。在完成積聚周期之后，收集到的電荷被轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓然后被提供給傳感器的輸出端子。在電荷到電壓轉(zhuǎn)換完成并且所得信號(hào)從像素轉(zhuǎn)移出去之后，像素可被復(fù)位以便準(zhǔn)備積累新的電荷。然而，使像素復(fù)位可能產(chǎn)生kTC復(fù)位噪聲。

因此，可能希望提供最大限度地降低像素kTC復(fù)位噪聲的改善像素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供改進(jìn)的圖像傳感器、成像像素和成像系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了圖像傳感器。所述圖像傳感器具有像素陣列，所述像素陣列包括一個(gè)陣列的像素，其中所述一個(gè)陣列的像素中的像素包括：浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；耦接到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的光電二極管；耦接在所述光電二極管和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的電荷轉(zhuǎn)移晶體管；以及包括反相放大器的有源復(fù)位電路，其中所述反相放大器包括p-溝道增益晶體管和n-溝道負(fù)載晶體管，并且其中所述有源復(fù)位電路還包括耦接在所述反相放大器的輸出和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的復(fù)位晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素還包括源極跟隨器晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述源極跟隨器晶體管被耦接到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素還包括像素尋址晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素為背側(cè)照明像素。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述光電二極管形成于襯底中，所述像素還包括在所述襯底的背側(cè)上形成的濾色器和微透鏡。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素為前側(cè)照明像素。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述光電二極管形成于襯底中，所述像素還包括在所述襯底的前側(cè)上形成的濾色器和微透鏡。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述有源復(fù)位電路被配置成將所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)復(fù)位到參考電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述反相放大器被配置成在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位到所述參考電壓之后被關(guān)斷。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述p-溝道增益晶體管被配置成在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位到所述參考電壓之后放大來(lái)自所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的信號(hào)。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種成像像素，所述成像像素包括：浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；以及包括反相放大器的有源復(fù)位電路，其中所述反相放大器包括p-溝道增益晶體管和n-溝道負(fù)載晶體管，并且其中所述有源復(fù)位電路還包括耦接在所述反相放大器的輸出和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的復(fù)位晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述有源復(fù)位電路被配置成將所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)復(fù)位到參考電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述p-溝道增益晶體管被配置成在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位到所述參考電壓之后放大來(lái)自所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素還包括源極跟隨器晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述源極跟隨器晶體管被耦接到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述像素還包括像素尋址晶體管。

根據(jù)本實(shí)用新型的又另一方面，提供了一種成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括：中央處理單元；存儲(chǔ)器；鏡頭；輸入-輸出電路；以及成像設(shè)備，其中所述成像設(shè)備包括：一個(gè)陣列的像素，其中所述一個(gè)陣列的像素中的每個(gè)像素包括浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和具有反相放大器的有源復(fù)位電路，其中所述反相放大器包括p-溝道增益晶體管和n-溝道負(fù)載晶體管，并且其中所述有源復(fù)位電路還包括耦接在所述反相放大器的輸出和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的復(fù)位晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述一個(gè)陣列的像素中的每個(gè)像素包括源極跟隨器晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中所述一個(gè)陣列的像素中的每個(gè)像素包括像素尋址晶體管。

本實(shí)用新型的一個(gè)有益效果是提供了改進(jìn)的圖像傳感器、成像像素和成像系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1為在全局快門傳感器中使用的示例性像素的電路圖。

圖2為示出在圖1的像素中的浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的復(fù)位過(guò)程中生成kTC復(fù)位噪聲的等效電路圖。

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的具有全局快門能力和有源復(fù)位電路的像素的電路圖。

圖4為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的示出在圖3的像素中的浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的復(fù)位過(guò)程中生成kTC復(fù)位噪聲的等效電路圖。

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)采用圖3和圖4的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖像傳感器可通過(guò)以下方式來(lái)感測(cè)光：將碰撞光子轉(zhuǎn)換成積聚(收集)到傳感器像素中的電子或空穴。在完成積聚周期之后，收集到的電荷被轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓然后被提供給傳感器的輸出端子。在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器中，電荷到電壓的轉(zhuǎn)換直接在像素本身中完成，并且模擬像素電壓通過(guò)各種像素尋址和掃描方案被轉(zhuǎn)移到輸出端子。模擬信號(hào)還可在到達(dá)芯片輸出之前在芯片上被轉(zhuǎn)換成數(shù)字等同物。像素可具有并入的緩沖放大器，通常為源極跟隨器(SF)，該源極跟隨器驅(qū)動(dòng)用合適的尋址晶體管連接到像素的感測(cè)線。

在電荷到電壓的轉(zhuǎn)換完成并且所得信號(hào)從像素被轉(zhuǎn)移出去之后，像素被復(fù)位以便準(zhǔn)備積累新的電荷。在使用浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)作為電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的像素中，復(fù)位通過(guò)導(dǎo)通復(fù)位晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)，該復(fù)位晶體管將FD節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電性連接到電壓參考，該電壓參考通常為SF漏極節(jié)點(diǎn)。該步驟移除收集的電荷；然而，該步驟會(huì)生成kTC復(fù)位噪聲。該kTC復(fù)位噪聲可通過(guò)相關(guān)雙采樣(CDS)信號(hào)處理技術(shù)從信號(hào)移除，以便實(shí)現(xiàn)所需的低噪聲性能。利用CDS概念的CMOS圖像傳感器可在像素中包括三個(gè)晶體管(3T)或四個(gè)晶體管(4T)，其中一個(gè)用作電荷轉(zhuǎn)移(TX)晶體管。可以在若干光電二極管中共享像素電路晶體管中的一些，這也減小了像素尺寸。

在設(shè)計(jì)成以全局快門(GS)模式操作的圖像傳感器中，可將第二存儲(chǔ)二極管添加到像素中。在全局快門傳感器中使用的具有存儲(chǔ)二極管的像素的簡(jiǎn)化電路圖100在圖1中示出。具有存儲(chǔ)二極管的像素的簡(jiǎn)化電路圖100表示全局快門像素的簡(jiǎn)化示意圖，該全局快門像素具有通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移晶體管105(Tx1)耦接到電荷存儲(chǔ)釘扎二極管106(SD)的釘扎光電二極管107(PD)?？蓪?duì)于所有像素同時(shí)將入射光生成的電荷從傳感器陣列中的光電二極管107全局轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管106。然后通過(guò)經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移晶體管104(Tx2)將電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)101來(lái)以按順序的方式逐行從二極管106讀出電荷。轉(zhuǎn)移的電荷導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)上的電位改變，并且該改變由源極跟隨器晶體管102感測(cè)。SF晶體管102的源極經(jīng)由尋址晶體管103(SX)連接到傳感器陣列列感測(cè)線108，該傳感器陣列列感測(cè)線將像素信號(hào)(V_out)遞送到陣列周邊以用于進(jìn)一步處理。在電荷感測(cè)完成之后，F(xiàn)D節(jié)點(diǎn)101通過(guò)瞬時(shí)導(dǎo)通復(fù)位晶體管114(RS)而復(fù)位。然而，該類型的復(fù)位可導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)上生成kTC復(fù)位噪聲。因此，可能必須使用CDS信號(hào)讀出技術(shù)來(lái)使其對(duì)信號(hào)的有害影響最小化。CDS電荷檢測(cè)方案由以下方式組成：在電荷轉(zhuǎn)移之前讀出節(jié)點(diǎn)101上的電位，然后在電荷轉(zhuǎn)移之后再次讀出節(jié)點(diǎn)101上的電位。然后通過(guò)位于陣列周邊處的電路將這兩個(gè)值彼此相減，從而產(chǎn)生沒(méi)有kTC復(fù)位噪聲的信號(hào)?？煞謩e通過(guò)線110、111、112和113將像素控制信號(hào)(φ_RS、φ_SX、φ_tx1和φ_tx2)從對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路位于其中的陣列的周邊遞送到對(duì)應(yīng)晶體管的柵極。電源由列Vdd總線109提供給像素。

為了實(shí)現(xiàn)該概念，需要將像素區(qū)消耗電荷存儲(chǔ)二極管106并入到每個(gè)像素，使像素尺寸增大。這可能增加圖像傳感器的尺寸。該概念的另一個(gè)可能的缺點(diǎn)是當(dāng)用于背側(cè)照明(BSI)應(yīng)用中時(shí)二極管106的遮光不足的問(wèn)題。這可能導(dǎo)致較差的像素快門效率。

圖2示出簡(jiǎn)化電路圖200，其示出在FD節(jié)點(diǎn)101的復(fù)位過(guò)程中kTC復(fù)位噪聲的生成。在該圖中，復(fù)位晶體管114由電阻器202表示。由該電阻器生成的對(duì)應(yīng)噪聲電壓由電壓源203表示。FD節(jié)點(diǎn)由其等效電容201(C_fd)表示，該等效電容應(yīng)當(dāng)被復(fù)位到電壓參考204。然而，由于電阻器中生成的噪聲，電容器Cfd上的復(fù)位電壓從不等于參考電壓204，卻包括每次該節(jié)點(diǎn)復(fù)位時(shí)不同的隨機(jī)誤差電壓。該復(fù)位誤差的均方根(RMS)值的平方通過(guò)在整個(gè)頻譜上對(duì)電阻器噪聲功率譜密度進(jìn)行積分來(lái)計(jì)算如下：

結(jié)果是以噪聲電壓寫出的kTC復(fù)位噪聲公式。在該公式中，C_fd為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的等效電容，T為絕對(duì)溫度，k為玻耳茲曼常數(shù)，R_n為電阻，ω為角頻率，并且<v_n²>為均方根值的平方，稱為電壓方差。在該公式中要注意的一點(diǎn)是結(jié)果不取決于電阻R_n的值。當(dāng)轉(zhuǎn)換成該節(jié)點(diǎn)上通過(guò)復(fù)位生成的等效電荷時(shí)，該結(jié)果變成kTC噪聲公式：

在該公式中，<Q_n>為等效電荷RMS噪聲，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，并且C_fd為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的等效電容。為了從信號(hào)消除該復(fù)位噪聲，因此需要讀取FD節(jié)點(diǎn)上的電壓兩次，一次在電荷轉(zhuǎn)移之前，并且第二次在電荷轉(zhuǎn)移之后，如前所述。這是CDS讀出方案的實(shí)質(zhì)。然而，除了較長(zhǎng)讀出時(shí)間和額外的功率消耗之外，還可能必須在陣列的周邊處設(shè)計(jì)具有低噪聲的信號(hào)存儲(chǔ)和減法電路，因?yàn)樾盘?hào)減法也可能潛在地增加噪聲。

示于圖3中的像素電路與圖1的像素相比通過(guò)使用具有負(fù)反饋的像素內(nèi)放大器減小圖像傳感器陣列的尺寸以使像素kTC復(fù)位噪聲最小化。該概念在設(shè)計(jì)全局快門CMOS圖像傳感器(其中電荷可存儲(chǔ)在FD節(jié)點(diǎn)上)以及所有類似應(yīng)用(其中電荷被積聚到FD節(jié)點(diǎn)上，并且CDS信號(hào)讀取方案不能容易地實(shí)施)中具有優(yōu)點(diǎn)。

具體地講，示于圖3中的像素可用于其中電荷可積聚或存儲(chǔ)在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)上的應(yīng)用中，在如結(jié)合圖1和圖2所述進(jìn)行復(fù)位時(shí)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散將生成較大kTC復(fù)位噪聲。圖3的像素使用另一種類型的復(fù)位，其中將具有負(fù)反饋的電壓增益放大器直接集成到像素電路中以使該kTC復(fù)位噪聲最小化。多種類型的CMOS圖像傳感器陣列可利用該有源復(fù)位概念。例如，全局快門圖像傳感器，其中來(lái)自光電二極管的電荷被同時(shí)轉(zhuǎn)移到FD節(jié)點(diǎn)上，電荷在該FD節(jié)點(diǎn)處等待順序掃描。該概念的其他應(yīng)用為堆疊芯片傳感器(其中芯片堆疊在FD節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn))、具有高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)的非常小的三晶體管(3T)像素、具有非常大的像素的醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備(其中不易將電荷轉(zhuǎn)移到FD)，以及根據(jù)半導(dǎo)體塊中電荷生成的深度進(jìn)行顏色感測(cè)的多級(jí)光電二極管結(jié)構(gòu)(其中標(biāo)準(zhǔn)四晶體管(4T)電荷轉(zhuǎn)移像素結(jié)構(gòu)難以實(shí)施或者不便于使用)。這些例子僅僅是示例性的。用于最小化kTC復(fù)位噪聲的有源復(fù)位電路可以任何所需像素并且在任何所需應(yīng)用中使用。

圖3示出具有全局快門能力和有源復(fù)位電路(有源復(fù)位ckt)的像素的簡(jiǎn)化電路圖300。光電二極管307(PD)從襯底的背側(cè)或從襯底的前側(cè)收集并且積聚由撞擊在設(shè)備上的光子生成的電子。在二極管中積累了足夠電荷之后，電荷經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移晶體管308被轉(zhuǎn)移到FD節(jié)點(diǎn)301上，電荷在該FD節(jié)點(diǎn)處等待掃描。在用轉(zhuǎn)移晶體管308(Tx)轉(zhuǎn)移電荷之前，F(xiàn)D節(jié)點(diǎn)可被復(fù)位到一定的預(yù)定電壓參考。SF晶體管302的柵極也被連接到節(jié)點(diǎn)301以在電荷被轉(zhuǎn)移到該節(jié)點(diǎn)上時(shí)感測(cè)電位變化。SF晶體管302(SF)的源極經(jīng)由像素尋址晶體管303(SX)連接到傳感器陣列列感測(cè)線313，該傳感器陣列列感測(cè)線將感測(cè)到的像素信號(hào)(V_out)遞送到陣列周邊以用于進(jìn)一步處理。SF漏極被連接到陣列漏極列偏置線309。像素行控制線310、311和312將必要的操作信號(hào)(分別為φ_SX、φ_RX和φ_tx)遞送到所選行的像素。線310可控制行尋址晶體管303，線312可控制從PD到FD的電荷轉(zhuǎn)移，并且線311可控制所選行中的所有像素的像素復(fù)位。生成這些操作信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器位于陣列周邊處。

在電壓信號(hào)被感測(cè)并且被陣列周邊電路處理之后，F(xiàn)D節(jié)點(diǎn)301被復(fù)位以重建預(yù)定電壓參考。該復(fù)位通過(guò)根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的有源復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，該有源復(fù)位電路由p-溝道晶體管304和復(fù)位晶體管306組成，其中p-溝道晶體管具有由n-溝道晶體管305形成的恒定電流負(fù)載。p-溝道晶體管304和恒定電流負(fù)載305代表反相放大器。晶體管304的柵極被連接到FD節(jié)點(diǎn)301，并且出現(xiàn)在該節(jié)點(diǎn)上的任何復(fù)位電壓誤差因此被放大并且經(jīng)由在此處用作反饋電阻器的復(fù)位晶體管306反相反饋到節(jié)點(diǎn)301上以補(bǔ)償該復(fù)位誤差。FD節(jié)點(diǎn)301因此總是接近相同的預(yù)定參考電壓被復(fù)位，其中消除了大多數(shù)kTC復(fù)位噪聲。在節(jié)點(diǎn)301的有源復(fù)位完成之后，可通過(guò)關(guān)斷電流負(fù)載晶體管305來(lái)關(guān)閉該放大器。這通過(guò)將適當(dāng)?shù)男盘?hào)施加到晶體管柵極314來(lái)實(shí)現(xiàn)。該步驟節(jié)省傳感器功率。

p-溝道晶體管304可使用空穴導(dǎo)電，而n-溝道晶體管305可使用電子導(dǎo)電。p-溝道晶體管304可為p-溝道增益晶體管，而n-溝道晶體管305可為n-溝道負(fù)載晶體管。p-溝道增益晶體管304可通過(guò)以下方式而用作放大器：采用相對(duì)較小的輸入信號(hào)，并且產(chǎn)生與輸入信號(hào)成比例的相對(duì)較大的輸出信號(hào)。n-溝道晶體管305可被耦接到電壓參考。如果n-溝道晶體管305被接通，則復(fù)位晶體管306可被耦接到參考電壓。在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位之后，n-溝道負(fù)載晶體管305可被斷開(kāi)以節(jié)省電能。

本實(shí)用新型實(shí)施例存在其他變型形式。例如，可以從像素消除SF晶體管302并且還使用晶體管304作為信號(hào)的放大器。

圖3的像素布置與圖1的像素相比具有較優(yōu)復(fù)位噪聲性能。用于噪聲評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)化等效電路圖400示于圖4中。在該圖中，復(fù)位晶體管306已被具有等效電壓噪聲發(fā)生器402的電阻器403替換。復(fù)位晶體管306可被相對(duì)較慢地關(guān)斷以使放大器和電路反饋具有足夠的時(shí)間來(lái)反應(yīng)。在該過(guò)程期間，晶體管306在最終被完全關(guān)斷時(shí)表現(xiàn)為接近無(wú)窮大的高值電阻器。晶體管404和405中生成的噪聲已被添加到該模型中并且由等效散粒噪聲發(fā)生器408來(lái)表示。放大器輸出阻抗由負(fù)載電阻RL 407表示。在進(jìn)行與前述類似的計(jì)算后，當(dāng)有源復(fù)位在其完成的最終階段時(shí)，F(xiàn)D節(jié)點(diǎn)301上的電壓噪聲的RMS值的平方的結(jié)果如下：

在該公式中，A表示有源復(fù)位電路放大器的增益，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，C_fd為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的等效電容，R_f為復(fù)位晶體管306的電阻，R_L為與放大器輸出阻抗相關(guān)聯(lián)的負(fù)載電阻，并且<v_c²>為均方根值的平方，稱為電壓方差。由于反饋電阻(R_f)在復(fù)位全部完成之后變得無(wú)窮大，所以就節(jié)點(diǎn)301上的噪聲電荷而言的噪聲的等效值如下：

在該公式中，A表示有源復(fù)位電路放大器的增益，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，C_fd為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的等效電容，并且<Q_n>為等效RMS噪聲電荷。因此清楚的是，取決于像素內(nèi)放大器增益，有源復(fù)位將顯著減小像素kTC復(fù)位噪聲。

圖3和圖4中描述的有源像素復(fù)位的主要優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)便性、其以最小復(fù)位噪聲來(lái)復(fù)位已被積聚或存儲(chǔ)在FD上的電荷的能力，以及其對(duì)額外像素區(qū)的相對(duì)較小的需求。這使該概念特別適于背側(cè)照明(BSI)全局快門傳感器應(yīng)用，適于堆疊芯片應(yīng)用(其中芯片到芯片連接在FD節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn))，并且適于堆疊光電二極管，該光電二極管根據(jù)其在硅塊中生成的深度來(lái)感測(cè)電荷。

示于圖3中的像素電路設(shè)計(jì)因此使用有源像素復(fù)位，該有源像素復(fù)位在FD節(jié)點(diǎn)處使用具有負(fù)反饋的放大器來(lái)直接減小復(fù)位噪聲。當(dāng)該概念應(yīng)用于全局快門像素時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)閷?duì)于電荷存儲(chǔ)無(wú)需額外的大釘扎二極管。該情況下的電荷可存儲(chǔ)在非常小的FD節(jié)點(diǎn)上。另外，無(wú)需CDS電荷存儲(chǔ)電容器和信號(hào)減法，特別是當(dāng)試圖直接在像素本身中進(jìn)行CDS操作時(shí)。然而，CDS操作仍可用于具有像素內(nèi)有源復(fù)位的傳感器中以消除由晶體管閾值的差異造成的像素與像素的復(fù)位參考差異。

圖5以簡(jiǎn)化形式示出包括成像設(shè)備570的典型處理器系統(tǒng)574。成像設(shè)備570可包括在圖像傳感器上形成的像素陣列572。像素陣列572可包括像素，諸如圖3中示出的那些。處理器系統(tǒng)574是具有數(shù)字電路的示例性系統(tǒng)。在不進(jìn)行限制的前提下，處理器系統(tǒng)574可包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、靜態(tài)或視頻攝像機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)器視覺(jué)、車輛導(dǎo)航、視頻電話、監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)、星體跟蹤器系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng)、以及其他采用成像設(shè)備的系統(tǒng)。

處理器系統(tǒng)574可以是數(shù)字靜態(tài)或視頻攝像機(jī)系統(tǒng)，其可包括鏡頭(諸如鏡頭586)，該鏡頭用于在快門釋放按鈕588被按下時(shí)，將圖像聚焦到像素陣列(諸如像素陣列572)上。處理器系統(tǒng)574可包括中央處理單元，諸如中央處理單元(CPU)584。CPU 584可以是微處理器，它控制相機(jī)功能和一個(gè)或多個(gè)圖像流功能，并通過(guò)總線(諸如總線580)與一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出(I/O)設(shè)備576通信。成像設(shè)備570還可通過(guò)總線580與CPU 584通信。系統(tǒng)574可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)578和可移動(dòng)存儲(chǔ)器582?？梢苿?dòng)存儲(chǔ)器582可包括通過(guò)總線580與CPU 584通信的閃存存儲(chǔ)器。可移動(dòng)存儲(chǔ)器582可被存儲(chǔ)在外部設(shè)備上。盡管總線580被示為單總線，但該總線也可以是一個(gè)或多個(gè)總線或橋接器或其他用于互連系統(tǒng)組件的通信路徑。

在本實(shí)用新型的各種實(shí)施例中，圖像傳感器可具有包括一系列像素的像素陣列。像素陣列中的像素可包括浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，耦接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的光電二極管，以及耦接在光電二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的轉(zhuǎn)移晶體管。像素還可包括具有反相放大器的有源復(fù)位電路。反相放大器可包括p-溝道增益晶體管和n-溝道負(fù)載晶體管。有源復(fù)位電路還可包括耦接在反相放大器輸出和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的復(fù)位晶體管。

像素還可包括耦接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的源極跟隨器晶體管。像素還可包括像素尋址晶體管。像素可為背側(cè)照明像素或前側(cè)照明像素。在像素為背側(cè)照明的實(shí)施例中，光電二極管可形成于襯底中，并且微透鏡和濾色器可形成在襯底的背側(cè)上。在像素為前側(cè)照明的實(shí)施例中，光電二極管可形成于襯底中，并且微透鏡和濾色器可形成在襯底的前側(cè)上。有源復(fù)位電路可被配置成將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)復(fù)位到參考電壓。反相放大器可被配置成在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位到參考電壓之后被關(guān)斷。p-溝道增益晶體管可被配置成在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被復(fù)位到參考電壓之后放大來(lái)自浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的信號(hào)。

在本實(shí)用新型的各種實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括中央處理單元、存儲(chǔ)器、鏡頭、輸入-輸出電路和成像設(shè)備。成像設(shè)備可包括一系列像素，其中每個(gè)像素包括浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和具有反相放大器的有源復(fù)位電路。反相放大器可包括p-溝道增益晶體管和n-溝道負(fù)載晶體管。有源復(fù)位電路還可包括耦接在反相放大器輸出和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的復(fù)位晶體管。

在本實(shí)用新型的各種實(shí)施例中，像素可為背側(cè)照明的，并且可以全局快門模式操作。圖像傳感器像素也可為前側(cè)照明的。用于全局快門操作的像素電荷存儲(chǔ)位點(diǎn)可由浮動(dòng)擴(kuò)散形成，該浮動(dòng)擴(kuò)散較小并且不收集相當(dāng)大數(shù)量的雜散電荷，這有助于傳感器的高快門效率。所述浮動(dòng)擴(kuò)散通過(guò)顯著減少kTC復(fù)位噪聲生成的有源復(fù)位電路來(lái)復(fù)位。有源復(fù)位電路可包括由具有n-溝道晶體管負(fù)載的p-溝道增益晶體管形成的像素內(nèi)反相放大器，以及從放大器輸出連接到放大器輸入的反饋復(fù)位晶體管，其為FD節(jié)點(diǎn)。

前述內(nèi)容僅是對(duì)本實(shí)用新型原理的示例性說(shuō)明，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下進(jìn)行多種修改。上述實(shí)施例可單獨(dú)地或以任意組合方式實(shí)施。