[发明专利]用于图像传感器的传输管结构以及图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计领域，具体涉及一种用于图像传感器的传输管结构以及采用了该传输管结构的图像传感器。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。

在图像传感器中，采用传输管(transfer transistor，TX)来传输光电二极管中的光生电子。图1示出了根据现有技术的用于图像传感器的传输管结构；并且图2示出了包含图1所示的传输管结构的图像传感器的电路结构。

如图1所示，光电二极管PD与传输管TX相连，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。其中，浮置扩散区FD是一个结电容，其起到了电荷-电压转换作用。

如图2所示，图像传感器包括：光电二极管PD、传输管TX、开关SW、重置晶体管Reset、源跟随晶体管SF、输出晶体管RS、以及负载RL。光电二极管PD连接至传输管TX；传输管TX的浮置扩散区FD1与源跟随晶体管SF的栅极相连；第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。所述开关SW开启(即导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2联通，所述开关SW关闭(即不导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2隔断。重置晶体管Reset与源跟随晶体管SF相连；并且源跟随晶体管SF连接至输出晶体管RS以及负载RL。

ΔVfd表示电子传输后浮置扩散区的压降，则有ΔVfd＝ΔQ/Cfd。其中，ΔQ为光电二极管PD中的光生电子(即信号)，Cfd为浮置扩散区FD的电容。当外界光强较小时，光生电子ΔQ较小，则需要较小的浮置扩散区电容Cfd；外界光强较强时，光生电子ΔQ较大，则相应需要较大的浮置扩散区电容Cfd，如此可得到较为稳定的浮置扩散区压降ΔVfd(ΔVfd＝ΔQ/Cfd)。稳定的ΔVfd可得到较稳定的终端输出信号，由此实现具有高动态范围的图像传感器。

当外界光强较弱时光生电子ΔQ较小，开关SW和TX2关闭，浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1)较小。当外界光强较强时光生电子ΔQ较大，开关SW和TX2开启，则可得到较大的浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1+Cfd2)；由ΔVfd＝ΔQ/Cfd可知，无论外界光强变化都可得到稳定的浮置扩散区压降ΔVfd，稳定的浮置扩散区压降ΔVfd可得到稳定的终端输出信号Vout，以实现具有高动态范围的图像传感器。

发明内容

本发明提供了一种改进的具有高动态范围，并且能够有效地提高光生电子的传输效率的图像传感器。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于图像传感器的传输管结构，其包括：第一传输管和第二传输管；其中所述第一传输管和所述第二传输管置于像传感器的光感元件的两端；并且所述第一传输管的第一浮置扩散区和所述第二传输管的第二浮置扩散区之间设置开关SW。所述开关开启时，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区联通，所述开关关闭时，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区隔断。

本发明第一方面的传输管结构根据外界光强的强弱来控制浮置扩散区电容的大小，从而获取稳定的电子传输后浮置扩散区压降；并且，两个传输管能有效地提高电子转移效率，特别是对于像素尺寸较大的图像传感器。

根据本发明的第二方面，提供了一种图像传感器，其包括：构成传输管结构的第一传输管和第二传输管、光感元件、以及开关；其中，所述第一传输管和所述第二传输管均与所述光感元件相连；并且所述第一传输管的第一浮置扩散区和所述第二传输管的第二浮置扩散区分别连接至所述开关的两端。

优选地，在上述图像传感器中，所述开关是一个晶体管。

优选地，上述图像传感器还包括：重置晶体管、源跟随晶体管、输出晶体管、以及负载；其中，所述第一传输管的第一浮置扩散区连接至所述源跟随晶体管的栅极以及所述重置晶体管的源极；并且所述重置晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极相连；并且所述源跟随晶体管的漏极连接至所述输出晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极连接至所述负载。

优选地，在上述图像传感器中，所述光感元件是光电二极管。

优选地，在上述图像传感器中，所述图像传感器是CMOS图像传感器。