[发明专利]CMOS图像传感器单元混合复位控制电路及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，具体涉及一种提高4T-APS CMOS图像传感器单元噪声抑制和光电满阱能力的混合复位控制电路及实现方法。

背景技术

CMOS图像传感器（以下简称CIS）具有体积小、功耗低、成本低、集成度高、无光晕等优点，是目前主流应用的传感器件之一。但随着市场化需求对像素规模的不断提升，设计需要不断压缩CIS片内像素单元的尺寸，以期获得单位面积内更多的像素单元数量，这将导致单个像素的感光区域缩小、像素内控制电路简化等问题，由此弱化了像素单元的噪声抑制及感光能力。此外单位面积内集成更多像素数，将导致CIS阵列归一化控制和读出时序存在差异，造成像素间初始条件不一致，最终影响CIS阵列光电响应一致性及成像质量。传统4T-APS结构像素单元的等效电路结构包括复位管RST、传输管TG、钳位型光电二极管PPD、源随器管SF及行选控制管RS。其中RST与SF漏端连接像素供电电源，光电二极管阳极连接GND，RST源端、SF栅端、TG漏端相连，组成对寄生电容FD的电信号控制读取；TG源端与PPD相连，完成对PPD的复位和光电信号转移的控制；RS漏端与SF源端相连，RS源端与像素输出列线相连，完成对像素内信号的读出选通控制。由于常规4T-APS结构像素单元中供电电源为固定值(VDD)，因此只能对像素单元实现一种特定的复位（软复位或硬复位），无法同时发挥硬复位对于阵列一致性控制及软复位对于像素单元抑制噪声的优势，且固定的供电方式无法拓展像素单元的阱容能力，限制了传感器单元的动态范围输出特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器单元混合复位控制电路及实现方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种CMOS图像传感器单元混合复位控制电路，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管以及第一PMOS管，第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管以及第一PMOS管依此记为硬复位启动NMOS管、VDD电平分压NMOS管、硬复位像素供电传输NMOS管以及软复位像素供电传输PMOS管，硬复位启动NMOS管的源端、VDD电平分压NMOS管的栅端、VDD电平分压NMOS管的漏端以及硬复位像素供电传输NMOS管的源端相连；硬复位启动NMOS管的栅端、硬复位像素供电传输NMOS管的栅端以及软复位像素供电传输PMOS管的栅端与使能控制信号端（即混合复位控制信号端）相连；硬复位启动NMOS管的漏端以及软复位像素供电传输PMOS管的漏端与控制电路电源相连；VDD电平分压NMOS管的源端接地；软复位像素供电传输PMOS管的源端以及硬复位像素供电传输NMOS管的漏端与像素单元供电端相连。

上述CMOS图像传感器单元混合复位控制电路的混合复位控制实现方法，包括以下步骤：

首先，将使能控制信号V_EN置高，硬复位启动NMOS管与VDD电平分压NMOS管启动，并将控制电路电源电压VDD分压，分压值V1使硬复位像素供电传输NMOS管工作在线性区状态，并通过硬复位像素供电传输NMOS管将V1传输至像素单元供电端，使像素单元供电端电压V_{reset_VDD}（即混合复位控制电路输出电压）=V1，像素单元完成硬复位；然后，将使能控制信号V_EN置低，硬复位启动NMOS管、VDD电平分压NMOS管及硬复位像素供电传输NMOS管截止，软复位像素供电传输PMOS管导通，此时V_{reset_VDD}=VDD，像素单元完成二次软复位过程。

当施加的控制电路电源电压VDD=像素单元复位管栅压V_RST=使能控制信号V_EN时，将使能控制信号置高，利用硬复位启动NMOS管与VDD电平分压NMOS管的分压将V1设置在保证硬复位像素供电传输NMOS管工作在线性区状态且输出的电压V_{reset_VDD}符合像素单元复位管栅压V_RST≥V_{reset_VDD}+像素单元复位管阈值电压V_{TH_RST}的条件，并以此条件确定硬复位启动NMOS管与VDD电平分压NMOS管的尺寸（宽长比）。