[发明专利]一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法

说明书

本发明提供了一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法，所述像素单元包括光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、一号源跟随管、一号开关管、一号电容、下拉开关管、二号开关管、二号电容、二号源跟随管和输出晶体管。本发明有益效果：本发明将传统结构的源极跟随器中的起电流源作用的晶体管除去，在两个电容相连的节点处与地之间增加一个由输入信号控制栅极电压的晶体管，避免了源极跟随器电源VDD到地的通路中的持续电流。同时，源极处在浮空状态的晶体管相比源极跟随器可实现低噪声的信号缓冲。从而达到减小像素噪声、降低像素功耗的效果。

技术领域

本发明属于像素结构领域，尤其是涉及一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法。

背景技术

随着CMOS工艺技术的快速发展，CMOS图像传感器(CMOSImageSensor,CIS)已经成为了视觉领域的主流产品。用于光电转换的像素是图像传感器的核心器件。

像素的作用是通过光电二极管和多个晶体管将光信号转换为电压信号，转换得到的电压信号通过读出电路读出，经过模拟放大、ADC采样等数据处理后，输出为数字信号，通过数字信号处理，形成图像。在有源像素结构中，通过使用晶体管的数量来分类，可以分为3T～10T等多个类型，T表示像素中晶体管的数量。4T像素结构由一个光电二极管和四个晶体管组成，在3T像素结构的基础上，在光电二极管和复位管之间，加入了一个由栅级电压控制的传输管。通过时序控制，有效地使光电二极管与电荷储存区域在非曝光时间隔离，是目前最常用的像素结构。但是4T像素结构只能实现滚筒曝光，在拍摄运动物体时会引入图像形变。

为实现全局曝光，在像素4T结构基础上增加一个晶体管成为5T像素结构，实现了全局快门(Globalshutter)功能，有效的消除运动伪影现象，改善了成像质量。但是，5T像素存在无法消除复位噪声的缺点。为了降低5T像素工作中的复位噪声，提出了8T像素结构，如图1所示。图1为传统的8T像素结构，传统的8T像素结构由一个光电二极管、8个晶体管和2个电容构成。8T像素结构相比于5T像素结构，有效地去除了复位噪声。8T像素结构的缺点是单个像素内增加了源极跟随器(如图1中方框所示)，从而在像素工作过程中，源极跟随器中的电源VDD到地的通路上持续有电流流过，导致单个像素的功耗增加；同时，源极跟随器还成为了新的噪声源，使得像素噪声性能提升有限。

为了解决源极跟随器引入的功耗增加和额外噪声问题，本发明提出一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法。本发明中像素结构由一个光电二极管，8个晶体管，2个电容组成。相比于传统8T有源相素结构，将源极跟随器中作为电流源的MPC晶体管去除，让内部的缓冲晶体管MSF源极处在浮空状态，避免了源极跟随器电源VDD到地的通路中的持续电流。同时，源极处在浮空状态的晶体管相比源极跟随器可实现低噪声的信号缓冲。因此，相比于传统8T有源像素结构，该结构有噪声小，功耗低的优点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法，以解决源极跟随器引入的功耗增加和额外噪声问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种低噪声全局曝光像素结构，包括n×n个像素单元，n×n个所述像素单元组成像素阵列；所述像素阵列还包括输入信号、输出信号；所述输入信号包括输入信号TX、输入信号RST、输入信号S1、输入信号S2、输入信号SEL、输入信号PD_SW，所述输出信号包括n个输出信号Vout，n个输出信号Vout互相平行设置；所述输入信号TX，输入信号RST均为全局信号，所述输入信号TX、输入信号RST均为n个，n个输入信号TX、输入信号RST互相平行设置，每个输入信号TX、输入信号RST均连接n个像素单元，第n行像素单元共用同一组输入信号S1、输入信号S2、输入信号SEL、输入信号PD_SW；相邻行像素单元之间的输入信号S1、输入信号S2、输入信号SEL、输入信号PD_SW波形相同，但全局信号转移阶段18-2和信号读出阶段18-3之间的延迟时间不同；每一列像素单元的输出信号Vout共用一条总线。