[发明专利]CMOS图像传感器及其复位噪声评估方法

说明书

本发明提供的CMOS图像传感器及其复位噪声评估方法，CMOS图像传感器包括像元电路、差分电路、模数转换电路和存储器，其中，像元电路包括光电二极管、复位晶体管、传输晶体管、存储电容、第一缓冲放大电路和第二缓冲放大电路，传输晶体管的输出端与第一缓冲放大电路的输入端连接于一节点，节点的节点电平信号经过第一缓冲放大电路放大后储存至存储电容，放大后节点电平信号经过第二缓冲放大电路输出至列输出线。本发明提出了一种复位噪声评估方法，即在采样采光信号前后的多个时间点，采样复位信号，分别得到双采样和相关双采样下的实际信号值，从而可以在时域和频域来评估复位噪声。本发明的CMOS图像传感器减少像元电路的复杂程度，增加传感器的规模。

技术领域

本发明属于图像传感器领域，具体涉及一种用于全局快门和双采样的7T像元CMOS图像传感器及其复位噪声评估方法。

背景技术

图像传感器是将入射光信号转换成电信号的电子器件，图像传感器包括被称为像素的光传感元件的二维阵列，二维阵列中的每个像素都与透镜系统一起工作以对场景局部区域内的入射光做出响应，并产生描述该场景的局部特征的电信号。来自光传感元件的输出被转换成数字形式，并以数字形式存储，以形成表示该场景的原始数据。原始数据可以通过图像处理器的处理来产生最终呈现的数字图像。

图像传感器的设计包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器。 CCD图像传感器在现代设计中不是优选的，部分因为CCD典型地消耗较高水平的功率，并且要求相对复杂的模拟前端电路。CMOS图像传感器消耗较低水平的功率，并且具有提供数字输出像素值的内置模拟端数字转换器。因此，CMOS图像传感器越来越得到广泛的应用。

现有的CMOS图像传感器由CMOS数模电路和像素单元电路阵列构成，根据上述一个像素单元包括的晶体管数目，现有的像素内不带存储电容的CMOS图像传感器主要分为3T型结构，4T型结构和5T型结构。

参见图1，图1为一种现有技术中无存储电容和无传输晶体管的3T像元等效电路结构示意图，包括：一个光电二极管PPD1，用于在曝光时进行光电转换，将接收到的光信号转换成电信号，光电二极管PPD1包括P型区和N型区， P型区接地。

该图像传感器还包括一个复位晶体管RST1，用于在曝光前对光电二极管PPD1进行复位，复位由复位信号Vrst 信号进行控制。在图1中，复位晶体管RST1选用一个NMOS管，复位晶体管RST1的源极和光电二极管PPD1的N型区相连，复位晶体管RST1的源极同时也为一敏感电压节点FD1又称为浮空扩散区（Floating Diffusion，FD）；复位晶体管RST1的漏极接电源Vdd，电源Vdd为一正电源。当复位信号Vrst为高电平时，复位晶体管RST1导通并将光电二极管PPD1的N型区连接到电源Vdd，在电源Vdd 的作用下，使光电二极管PPD1反偏并会清除光电二极管PPD1的全部累积的电荷，实现复位。复位晶体管RST1也可以由多个NMOS管串联形成、或由多个NMOS管并联形成，也可以用PMOS 管代替NMOS管。

该图像传感器还包括一个放大晶体管DX1，用于将光电二极管PPD1产生的电信号进行放大。在图1中，放大晶体管DX1选用一个NMOS管，放大晶体管DX1的栅极接光电二极管PPD1的N型区，放大晶体管DX1的漏极接电源Vdd，放大晶体管DX1的源极为放大信号的输出端。放大晶体管DX1也可以由多个NMOS 管串联形成、或由多个NMOS管并联形成，也可以用PMOS管代替NMOS管。

该图像传感器还包括一个行选晶体管SX1，用于将放大晶体管DX1的源极输出的放大信号输出。在图1中，行选晶体管SX1选用一个NMOS 管，行选晶体管SX1的栅极接行选择信号V_SEL，行选晶体管SX1的源极接放大晶体管的源极，行选晶体管SX1漏极为输出端。