[发明专利]对图像传感器进行时钟控制的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求由Christopher Parks发明的、提交于2016年1月11日的名称为“Methods for Clocking an Image Sensor”(用于对图像传感器进行时钟控制的方法)的美国临时申请No.62/277167的优先权，该申请以引用方式并入本文，并且据此要求该申请的共同主题的优先权。

背景技术

本申请整体涉及成像系统，并且更具体地讲，涉及用于耦合器件(CCD)图像传感器的时钟控制方法，该时钟控制方法改进了合并期间的水平CCD转移速率并且提供了更好的噪声性能。

电子设备(诸如移动电话、相机、计算机)通常包括成像系统，该成像系统进一步包括用于捕捉图像的数字图像传感器。可将图像传感器制作成具有二维图像像素阵列，这些图像像素包括把入射光子(入射光)转变为电信号的光电二极管。电子设备通常包括显示器，用于显示捕捉的图像数据。

常规行间CCD成像器具有形成于钉扎层下方的多个光电二极管。在常规成像器中，光电二极管通常为半导体衬底中的n型掺杂区域。形成于光电二极管上方的钉扎层通常为p型掺杂层。形成于光电二极管上方的钉扎层通常接地并且充当光电二极管的接地。光电二极管的电势保持恒定，只要在钉扎层上所提供的电压恒定，并且在整个设备上无全局净电流。

入射在成像器上的光导致光生电子积聚在n型光电二极管区域中。通过向形成于VCCD上方和光电二极管与VCCD之间的区域的转移栅极施加读出电压(有时称为“第三级电压”)而将这些光生电子中的一些读出到竖直CCD(VCCD)中。

传统上用于将光生电荷从光电二极管读出到VCCD的“第三级电压”通常为大于7V的大电压。随后将光生电子从每个VCCD读出到水平CCD(HCCD)，在HCCD中这些光生电子随即存储在浮动扩散节点中，然后再被转移到相关输出端。

在一些常规CCD图像传感器中，在从相关输出端读出电荷之前，对电荷执行合并操作。传统上来讲，该合并仅在HCCD的输出端处在求和栅极上执行。该求和栅极具有控制信号，此控制信号具有75％的占空比，以HCCD的频率的一半进行时钟控制。这需要以非合并方法的频率的两倍对HCCD进行时钟控制，以便实现相同的输出取样频率。这种传统的合并方法仅允许两个电荷合并在一起，并且所有电荷都必须在求和栅极中合并。由于传统合并方法中所使用的占空比较高，因此可从浮动扩散节点对电荷进行取样的时间窗口(即，取样窗口)为传统非合并CCD读出方法的对应取样窗口的尺寸的一半。取样窗口的尺寸的这种减小导致噪声增大，并且需要更高带宽的电子器件，这提高了系统的成本。

因此，需要一种允许电荷在CCD图像传感器中合并在一起，同时避免出现与上述常规技术相关的缺点的技术。

附图说明

图1为CCD图像传感器的框图。

图2为穿过图1具有遮光罩的CCD的中线A-A’的横截面侧视图。

图3为示出了根据一个实施方案的方法的示意图和截面图，该方法用于在合并操作期间通过CCD图像传感器中的HCCD和该HCCD的相关输出端来传递电荷，其中求和栅极以HCCD时钟频率的一半频率、并以50％的占空比进行时钟控制。

图4为根据一个实施方案的对应于图3示意图的示例性时序图。

图5为示出了根据一个实施方案的方法的示意图和截面图，该方法用于在合并操作期间通过CCD图像传感器中的HCCD和该HCCD的相关输出端来传递电荷，其中求和栅极以HCCD时钟频率的三分之一频率、并以50％的占空比进行时钟控制。

图6为根据一个实施方案的对应于图5示意图的示例性时序图。

具体实施方式

图1为行间电荷耦合器件(CCD)图像传感器110的基本构造的示意图。图像传感器110可整合至车辆安全系统(例如后视摄像头或其他车辆安全系统)、监视系统、电子器件(例如照相机、移动电话、摄影机，或捕获数字图像数据的任何其他所需电子器件)。光采集单元可包括被排布成数行和数列的光电二极管120阵列。各个光电二极管120可与一个图像像素相关，并且因此可互换地称为“像素二极管”。滤光元件诸如滤色器、等离子体滤光器、谐振增强滤色器或任何其他过滤元件可形成于每个光电二极管120上方。透镜元件诸如微透镜也可形成于光电二极管120上方。外部电路24可用于向图像传感器110提供信号或从该图像传感器接收信号。例如，外部电路24可用于向图像传感器110内的部件提供控制信号。