[发明专利]一种扩展CMOS图像传感器像素满阱容量的电路

权利要求书

1.一种扩展CMOS图像传感器像素满阱容量的电路，其特征在于：包括五个晶体管、光电二极管、与非门、比较器、计数器和三态控制开关，所述第二晶体管、第五晶体管、第四晶体管的漏极与电压端相连接，所述第二晶体管的源极与第三晶体管的漏极相连接，第三晶体管的栅极连接列选电路控制信号，第三晶体管的源极连接模拟列输出总线上；第二晶体管的栅极、第五晶体管的源极及光电二极管的负极共同连接到比较器的一输入端，该光电二极管的正极接地，比较器的另一输入端接参考电压，比较器的输出端连接第一晶体管的漏极，第一晶体管的栅极连接光电二极管内电荷读出时的复位与计数停止信号，第一晶体管的源极连接第一反相器，该第一反相器的输出端与第二反相器及与非门的一个输入端相连接，该与非门的另一输入端连接光电二极管曝光前低电平复位信号，该与非门的输出端与第五晶体管的栅极相连接；第二反相器的输出端连接计数器，该计数器同时连接计数器复位信号，计数器的输出端连接到三态控制开关上，该三态控制开关控制端与第四晶体管的源极相连接，第四晶体管的栅极与列选信号相连接，该三态控制开关的输出端连接到数字列输出总线上；

⑴曝光前对图像传感器进行复位，包括将R_p置为低电平通过与非门产生高电平信号导通M₅对光电二极管的复位以及通过R_D对计数器的复位；

⑵开始探测，在曝光过程中，光电二极管在复位期间节点Y处的电压被拉高，复位开关M₅断开后，PD处于浮置状态，当射线入射到pn结时，发生光电转换，产生光生电荷，二极管电位开始降低；

⑶假设光强很强，光生电荷迅速达到满阱，光电二极管电压在满阱时，节点Y的电压达到最低；此时，通过与比较器设置的参考电压V_ref相比较，来判断电压是否达到最低值，即二极管是否满阱，判断为真时，比较器输出高电平信号，并经过M₁、反相器以及与非门分别向计数器与晶体管开关输出高电平信号，此时，计数器在上升沿到来时进行一次计数，并同时对光电二极管进行复位，瞬间拉高节点Y的电压，至此为一次满阱转移计数复位；在整个曝光时间内，多次重复进行满阱的转移计数复位，对满阱电荷实现计数存储；

⑷曝光结束信号读出时，由外部电路将控制信号Rc置为高电平，使M₁断开后续复位和计数电路，以停止复位与计数，防止复位信号对模拟信号的读出产生干扰，然后将列选信号SEL₁置为高电平，导通M₃后输出光电二极管内最后存储的电荷信息V_out，同样，将SEL₂置为高电平导通M₄，向三态控制开关施加使能信号输出计数器的数字信号Qn，至此为完成了单像素的探测成像与读出，实现了CMOS图像传感器的满阱容量的超大扩展以及探测成像；

⑸重复上述步骤进行下次探测。

2.根据权利要求1所述的一种扩展CMOS图像传感器像素满阱容量的电路，其特征在于：所述晶体管为NMOS晶体管。