[发明专利]CMOS有源像素结构及图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感领域，更具体地说，涉及一种CMOS有源像素结构及图像传感器。

背景技术

广泛使用的图像传感器一般分为两种类型：互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和电荷耦合元件(CCD)图像传感器。随着集成电路工艺技术和设计水平的提高，CMOS图像传感器由于其高集成度、读出速度快、低功耗和低成本等一系列优势，在许多领域如数字照相机、摄像机、打印机、扫描仪、人机界面、监控和监测、机器视觉、生物测试等，正日益挑战CCD图像传感器。

CMOS图像传感器一般包括光电转换元件阵列及像素读出电路、列读出电路、时序控制电路以及行、列控制电路。CMOS图像传感器的像素结构一般分为无源像素和有源像素。CMOS无源像素的优点是像素内只集成了一个晶体管，填充系数较大。在给定的工艺下，像素面积较小，因此提高了单位面积的分辨率，价格低。但其缺点是噪声较大，只适用于中低档的应用场合。

CMOS有源像素在像素内对信号进行放大、去噪等处理，具有读出信噪比高和读出速度快等优点。但是，由于像素单元电路结构复杂，造成单个像素面积较大，不利于集成；同时集成在有源像素表面的晶体管减小了像素的感光部分面积，这会造成像素填充系数减小，灵敏度降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种改进的CMOS有源像素结构及图像传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种CMOS有源像素结构，包括多个像素单元以及用于读出每一所述像素单元感测光照产生的电信号的读出电路；

所述读出电路包括第一复位管、第二复位管、放大电路、MOS电容以及源极跟随器，每一所述像素单元的输出端分别与所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路的输出端、所述MOS电容、所述源极跟随器依次电连接，所述第一复位管的输入端预设第一复位电压VR1，所述第一复位管的输出端电连接至每一所述像素单元的输出端和所述放大电路的输入端的公共结点，所述第二复位管的输入端预设第二复位电压VR2，所述第二复位管的输出端电连接至所述MOS电容和所述源极跟随器的公共结点，所述第一复位管和所述第二复位管的控制端分别用于输入导通信号，以对该两个公共结点处的电压进行复位。

在本发明提供的CMOS有源像素结构中，所述放大电路包括分压单元、第一选通管以及第一驱动管，所述第一选通管以及第一驱动管均为NMOS场效应晶体管，所述第一选通管的源极接地，所述第一选通管的栅极与每一所述像素单元的输出端连接，所述第一选通管的漏极与所述MOS电容的一端以及所述第一驱动管的源极连接，所述第一驱动管的漏极与所述分压单元的一端连接，所述第一驱动管的栅极。

在本发明提供的CMOS有源像素结构中，所述分压单元为NMOS场效应晶体管，所述分压单元的栅极以及漏极分别与供电端连接，所述分压单元)的源极与所述第一选通管的漏极连接。

在本发明提供的CMOS有源像素结构中，所述像素单元包括光电二极管以及传输管，所述光电二极管的正极与所述传输管的输入端电连接，所述传输管的输出端与所述放大电路的输入端以及所述第一复位管的输出端连接。

在本发明提供的CMOS有源像素结构中，所述传输管为NMOS场效应管。

在本发明提供的CMOS有源像素结构中，所述源极跟随器包括第二选通管和第二驱动管，所述第二选通管和所述第二驱动管均为NMOS场效应晶体管，所述第二选通管的漏极与供电端连接，所述第二选通管的栅极与所述MOS电容以及所述第二复位管的输出端连接，所述第二选通管的源极与所述第二驱动管的漏极连接，所述第二驱动管的源极接地，所述第二驱动管的栅极用于输入导通信号。

本发明还提供了一种图像传感器，包括多个如上述任一项所述的CMOS有源像素结构，所述图像传感器还包括：

分别与所述放大电路的控制端电连接以及所述源极跟随器的控制端电连接的选通连接线，所述选通连接线用于控制所述放大电路以及所述源极跟随器的导通与截止；

与所述第一复位管的控制端相连的第一复位连接线，用于加载导通信号给所述第一复位管；

与所述第二复位管的控制端相连的第二复位连接线，用于加载导通信号给所述第二复位管；以及，

与所述源极跟随器的输出端相连的信号连接线，所述信号连接线用于输出所述读取电路读取的信号。

实施本发明的CMOS有源像素结构及图像传感器，具有以下有益效果：

由于本发明采用多个像素单元共用一个读出电路提高了CMOS有源像素的填充系数；