[发明专利]一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构

权利要求书

1.一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，包括：彩色信号收集单元、黑白信号收集单元、第三转移晶体管TG3、复位晶体管RST、源极跟随器SF和行选择晶体管RS；

所述黑白信号收集单元，包括：第一钳位光电二极管PPD1、第一转移晶体管TG1和第一浮置扩散电容FD1；所述第一钳位光电二极管PPD1无彩色滤光片；所述第一钳位光电二极管PPD1反向偏置，所述第一钳位光电二极管PPD1的阳极接地、阴极与第一转移晶体管TG1漏极相接；所述第一转移晶体管TG1的源极与第一浮置扩散电容FD1的第一端子相接；所述第一浮置扩散电容FD1的第二端子接地；

所述彩色信号收集单元，包括：第二钳位光电二极管PPD2、第二转移晶体管TG2和第二浮置扩散电容FD2；所述第二钳位光电二极管PPD2有彩色滤光片；所述第二钳位光电二极管PPD2反向偏置，所述第二钳位光电二极管PPD2的阳极接地、阴极与第二转移晶体管TG2漏极相接；所述第二转移晶体管TG2的源极与第二浮置扩散电容FD2的第一端子相接；所述浮置扩散电容FD2的第一端子与第三转移晶体管TG3的漏极相接；

所述转移晶体管TG3的源极与第一浮置扩散电容FD1的第一端子相接，并与复位晶体管RST的源极和源极跟随器SF的栅极相连；

所述复位晶体管RST的漏极与电源电压VDD相连；

所述源极跟随器SF的漏极与电源电压VDD相连；所述源极跟随器SF的源极与行选择晶体管RS的漏极相连。

2.根据权利要求1所述的基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，所述行选择晶体管RS的源极与读出电路相连。

3.根据权利要求1所述的基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一浮置扩散电容FD1的电容为5至10fF。

4.根据权利要求1所述的基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，所述第二浮置扩散电容FD2的电容为700至1000fF。

5.根据权利要求1所述的基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，其特征在于，所述基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构的工作时序控制过程：

第一步，在CMOS图像传感器像素结构开始曝光前，将复位晶体管RST的复位信号reset拉到高电平，开启复位晶体管RST，同时将第三转移晶体管TG3的控制信号TX3拉到高电平，此时第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2合并，将第一采样信号Samp1拉高，读取第一读出信号Signal1，读取完毕后拉低第一采样信号Samp1；其中，第一读出信号Signal1为第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2合并电容中的电荷信号；

第二步，将第三转移晶体管TG3的控制信号TX3拉到低电平，合并电容被拆分成第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2，将第二采样信号Samp2拉高，读取第二读出信号Signal2，读取完毕后拉低第二采样信号Samp2；其中，第二读出信号Signal2为第一浮置扩散电容FD1中的电荷信号；

第三步，CMOS图像传感器像素结构开始曝光，第一钳位光电二极管PPD1和第二钳位光电二极管PPD2中收集光生电子；

第四步，曝光周期结束，分别将第一转移晶体管TG1的控制信号TX1和第二转移晶体管TG2的控制信号TX2拉到高电平，分别转移光生电子到第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2中；随后拉高第三采样信号Samp3，读取第一浮置扩散电容FD1的第三读出信号Signal3，读取完毕后拉低第三采样信号Samp3，其中，第三读出信号Signal3为第一浮置扩散电容FD1中的电荷信号；

第五步，将第一转移晶体管TG1的控制信号TX1和第二转移晶体管TG2的控制信号TX2拉到低电平，关断第一转移晶体管TG1和第二转移晶体管TG2；将第三转移晶体管TG3的控制信号TX3拉到高电平，将第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2中的电荷混合；拉高第四采样信号Samp4，读取第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2的合并电容的第四读出信号Signal4，读取完毕后拉低第四采样信号Samp4，其中，第四读出信号Signal4为第一浮置扩散电容FD1和第二浮置扩散电容FD2的合并电容的电荷信号；

第六步，重复第一步，开始下一次曝光。