[实用新型]CMOS图像传感器及其读出装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子及光电子成像技术领域，特别涉及一种CMOS图像传感器和一种CMOS图像传感器的读出装置。

背景技术

目前，由于CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺存在缺陷，导致晶体管特性参数及无源元件参数不均匀，因此，即便晶体管及无源元件有着相同的版图，晶体管及无源元件在等价的长度和宽度方面均还是存在着失配问题。另外，MOS管的阈值电压也存在着失配情况。以上失配问题致使CMOS图像传感器中存在FPN（固定模式噪声，Fixed Pattern Noise），FPN是CMOS图像传感器中固有的噪声。由于人的眼睛对FPN特别敏感，即言，FPN对CMOS图像传感器的图像质量影响特别大，因此，高性能的CMOS图像传感器的读出电路首先需要消除FPN。

已知技术中，CMOS图像传感器的读出电路通过采用CDS（Correlated Double Sample，相关双采样）技术来消除CMOS图像传感器的像素单元电路pixel中MOS（Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体）管M1’、M2’和M3’的失配所造成的FPN。例如，如图1所示的传统的CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器采用CDS读出电路结构，具体地，该CMOS图像传感器的CDS读出电路消除像素单元电路pixel中FPN的工作原理为：当信号RST’为高电平时，信号RST’控制的晶体管M2’导通，此时，晶体管M3’的栅极电压被复位到Vddp’复位电压。当信号RST’关断时，晶体管M3’的栅极由于寄生电容的存在，存储Vddp’复位信号，此时，由于信号SHR’为高电平，信号SHR’控制的开关导通，电容Cr’采集Vddp’复位信号。当信号SHR’关断时，信号SHR’控制的开关关断，此时，信号TX’变为高电平，信号TX’控制的晶体管M1’导通，由光电二极管产生的光电信号传输到晶体管M3’的栅极。当信号TX’关断时，晶体管M3’的栅极寄生电容存储由光电二极管产生的光电信号。当信号SHS’为高电平时，信号SHS’控制的开关导通，电容Cs’采集光电二极管产生的光电信号。当信号SHS’关断时，信号SHS’控制的开关关断，此时，COL1’信号为高电平，COL1’信号控制的开关关断。CDS读出电路输出Vddp’复位信号和光电二极管产生的光电信号，其中，Vddp’复位信号和光电二极管产生的光电信号之差为该CDS读出电路的输出信号。

已知技术存在的缺点是：CDS读出电路可以消除像素单元电路pixel中MOS管M1’、M2’和M3’的失配所造成的FPN，但CDS读出电路自身的失配仍然会引入大量的列FPN，严重的影响到CMOS图像传感器的图像质量，因此，需要进一步消除CDS读出电路引入的列FPN以获得高性能的CMOS图像传感器。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本实用新型实施例的一个目的在于提出一种CMOS图像传感器的读出装置，该CMOS图像传感器的读出装置可以有效消除自身失配而引入的列FPN，大大提高所读出图像的质量。

本实用新型实施例的另一个目的在于提出一种CMOS图像传感器。

为达到上述目的，本实用新型实施例一方面提出了一种CMOS图像传感器的读出装置，该CMOS图像传感器的读出装置包括：用于对CMOS图像传感器的像素单元的输出信号进行放大的前置放大模块，所述前置放大模块与所述像素单元的输出端相连；与所述前置放大模块的输出端相连的相关双采样CDS读出模块；以及用于对所述像素单元、所述前置放大模块和所述CDS读出模块进行控制的控制模块，所述控制模块分别与所述像素单元的控制端、所述前置放大模块的控制端和所述CDS读出模块的控制端相连。

本实用新型实施例提出的CMOS图像传感器的读出装置通过前置放大模块对像素单元的输出信号进行放大，从而减小CDS读出模块自身失配而引入的列FPN。该CMOS图像传感器的读出装置在消除像素单元中FPN的同时，还可以有效减小CDS读出模块自身失配而引入的列FPN，大大提高所读出图像的质量。

为达到上述目的，本实用新型实施例另一方面还提出了一种CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素单元；以及多个所述的CMOS图像传感器的读出装置，每个所述CMOS图像传感器的读出装置分别与对应的所述像素单元的输出端相连。