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专利号: 2019105791492
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展系统,其特征在于,包括感光器件(10),感光器件(10)的一端接地,另一端依次连接有电荷转移器件(20)、复位器件(30),用于实现对感光器件(10)的复位,电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端连接有采样缓冲器(40)的输入端,采样缓冲器(40)的输出端通过储能元件(50)实现保持的功能,储能元件(50)的另外一端与选通模块(60)相连,选通模块(60)的两个输入端分别为外部信号A(90)与外部信号B(100),选通模块(60)的输出端连接到像素单元内部,选通模块(60)与外部信号A(90)以及外部信号B(100)均在像素单元阵列外,且外部信号A(90)为低电平,外部信号B(100)为高电平。

2.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展系统,其特征在于,所述感光器件(10)为光电二极管,有源像素单元通过光电二极管将光子转换为电子,电子经过电荷转移器件后在采样源极跟随器件的输入端转换为电压信号,且所述电压信号的幅值与光子输入成正比关系。

3.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展系统,其特征在于,所述通选模块(60)的采样相位使用相关双采样模式。

4.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展系统,其特征在于,所述电荷转移器件(20)为NMOS管,复位器件为NMOS管,采样缓冲器由NMOS管160与NMOS管组成,采样开关为NMOS管与NMOS管,所述储能元件为电容A与电容B,其中电容A用于保持复位电压,电容B用于保持图像信号电压。电容A与电容B的下极板接到像素单元阵列的外部,通过开关与外部信号相连,输出缓冲器由依次连接的源极跟随器、行选管以及尾电流组成,尾电流的列线为最终像素单元的输出信号。

5.用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展方法,其特征在于,该拓展方法采用用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展系统,包括包括感光器件(10),感光器件(10)的一端接地,另一端依次连接有电荷转移器件(20)、复位器件(30),用于实现对感光器件(10)的复位,电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端连接有采样缓冲器(40)的输入端,采样缓冲器(40)的输出端通过电容(50)实现保持的功能,电容(50)的另外一端与选通模块(60)相连,选通模块(60)的两个输入端分别为外部信号A(90)与外部信号B(100),选通模块(60)的输出端连接到像素单元内部,选通模块(60)与外部信号A(90)以及外部信号B(100)均在像素单元阵列外,且外部信号A(90)为低电平,外部信号B(100)为高电平,所述感光器件(10)为光电二极管,有源像素单元通过光电二极管将光子转换为电子,电子经过电荷转移器件后在采样源极跟随器件的输入端转换为电压信号,且所述电压信号的幅值与光子输入成正比关系;通选模块(60)的采样相位使用相关双采样模式,电荷转移器件(20)为NMOS管,复位器件为NMOS管,采样缓冲器由NMOS管160与NMOS管组成,采样开关为NMOS管与NMOS管,储能元件为电容A与电容B,其中电容A用于保持复位电压,电容B用于保持图像信号电压。电容A与电容B的下极板接到像素单元阵列的外部,通过开关与外部信号相连,输出缓冲器由依次连接的源极跟随器、行选管以及尾电流组成,尾电流的列线为最终像素单元的输出信号;

具体按照如下步骤实施:

步骤1:CMOS图像传感器曝光结束后,将像素单元导入采样相位,外部信号采样相位开关管控制信号为高,使得保持电容下极板接到外部信号;

步骤2:采样复位电压,将复位器件(30)断开,当采样缓冲器(40)栅极控制电压由高电平跳变至低电平时,采样缓冲器(40)断开,则复位电压被保存在电容(50)上,此时电容A(50)的上极板为复位电压,下极板为外部信号的低电平电压,将复位电压进行保存;

步骤3:采样完复位电压后,开始采集图像信号电压,电荷转移器件(20)的栅极控制电压由低跳变到高电平,从而使得光电二极管收集的电子转移到采样缓冲器(40)的栅极,当电荷完全转移后,电荷转移器件(20)断开,同时采样开关断开,此时保持电容B(50)的上极板310的电压保存为图像信号电压,将图像信号电压进行保存;

步骤4:采样完图像信号电压后,像素单元进入读出相位,将外部信号设置为与实际电路相匹配的高电平,保持电容两端的电压差保持不变,实现源极跟随器输出电压的提升,实现输出电压摆幅的提升;

步骤5:在读出相位,后续的读出电路可以对复位电压进行处理。当NMOS管导通后,保持电容B的上极板与源极跟随器相连,此时阵列输出列总线250上将输出图像信号电压,后续的读出电路可以对图像信号电压进行处理,至此,完成了复位电压与图像电压的输出,且实现了对其输出摆幅的提升。

6.如权利要求3所述用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展方法,其特征在于,所述有源像素单元在采样的过程中,储能元件(电容)的下极板通过面阵外部的选通模块接至低电平。

7.如权利要求3所述用于CMOS图像传感器的有源像素摆幅扩展方法,其特征在于,所述有源像素单元在读出的过程中,储能元件(电容)的下极板通过面阵外部的选通模块接至高电平。