一种用于驱动cmos有源像元的方法

文档序号:7654076阅读:200来源:国知局
专利名称:一种用于驱动cmos有源像元的方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器,特别涉及一种CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的像元以及其驱动方法。
背景技术
图像传感器通过利用半导体器件能够对外界能量(例如光)进行反应的特性来捕获图像。自然界中存在的物体产生的光在其波长中具有本征能量值。图像传感器的像元探测到物体产生的光,并将探测到的光转化为电学值。


图1是驱动使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的时序图,其中采用相关双采样(correlated double sampling,CDS)方法来读出数据。图2是显示了传统的4晶体管CMOS有源像元的示意图,用以说明光电二极管的剖面以及基于图1的时序图的每个区域的电子势能(electronic potential)。
参照图2,4晶体管CMOS有源像元包括用于连接光电二极管区域A1和浮动扩散节点(floating diffusion node)区域A3的传输晶体管11,以及用于初始化光电二极管区域A1的复位晶体管13。光电二极管PH形成在作为暗电流源的半导体表面以下的预定深度处,用于减小暗电流。因此势垒(potential wall)或者势阱(potential well)根据半导体杂质的注入状态形成于K部分之中,用以连接传输晶体管11和光电二极管PH。
由于势阱特征地使电荷保持原样,因此大多数半导体制造公司将像元制造为势垒的形式而排除了势阱形式。另外,半导体制造公司已经做出研发以改进工艺从而使势垒最小化。然而,由于势垒的大小根据工艺条件的不同而有区别,因此很难通过工艺技术去除势垒。
随着势垒的变大,未移动至浮动扩散节点FD且滞留于光电二极管pH内的电荷量增加,致使图像传感器的死区扩大。当使用如图1所示的相关双采样方法读出数据时,死区的扩大更为显著。在图1中,复位采样信号PHS是用于采样和存储复位数据(即,浮动扩散节点FD初始状态时的电子势能)的信号。信号采样信号DSH是用于采样并存储信号数据(即,在接收到由光电二极管PH产生的电荷之后的浮动扩散节点的电子势能)的信号。
在图2所示的电子势能中,实线n1表示传输晶体管11和复位晶体管13全部导通状态下(即在图1的复位区段中)的电子势能。正如通过图2中的实线n1可以看出的,即使当传输晶体管11和复位晶体管13都导通时,预定的额外电荷的量也将受到形成在光电二极管PH和传输晶体管区域A2之间的边界界面K处的势垒w1的作用而滞留于光电二极管区域A1内。在这种状态下,当传输晶体管11截止时,光电二极管Ph的探测操作在t1点被初始化。当探测操作中止并且探测到的信号电荷被读出时,复位晶体管GRX在t2点截止以隔离浮动扩散节点FD。然后,浮动扩散节点FD的电子势能被降低。结果,当传输晶体管11在t3点开启时,光电二极管PH和传输晶体管11之间的边界界面K处的势垒变为量“w1+w2”,高于处于复位状态时的势垒,即由实线n1所表示的情形。(通过图2中的虚线n2显示了t3点的电子势能。)因此,当传输晶体管11开启以读出信号数据时,初始状态下产生的电荷仍滞留于光电二极管区域A1内,直至光电二极管Ph的电子势能变为“w1+w2”,也就是说,像元的死区一直持续。
图3是驱动使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的另一个时序图。参照图3,驱动使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的传统方法描述如下。首先,当T11区段的传输控制信号TX无效时(t11),聚集节点(其为光电二极管PH的N型一侧的端)与外部电源电压电隔离。在T12区段中,光电二极管PH收集在聚集节点处响应于光所产生的信号电荷。在T13区段中,当复位控制信号RX变为无效的“低”(t12)并且采样信号SH首先变为有效(SH1)时,作为有源像元输出端口的数据线电平被采样。被采样数据线的电平为由浮动扩散节点FD的电压(其为复位电平vrst)下拉预定的下降电压而得到的电压。该下降电压表示了由浮动扩散节点FD选通的驱动晶体管的门限电压。
在T14区段中,传输控制信号TX被触发为“脉冲(pulse)”(t13),聚集节点处的电荷被传输至浮动扩散节点FD。由此,浮动扩散节点和聚集节点处的电压成为由电荷共用现象(charge sharing phenomenon)产生的数据电平vdat。然后,数据线的电平被响应于采样信号SH的第二触发脉冲SH2采样。采样的数据线的电压成为由浮动扩散节点处的电压(其为与复位电平类似的数据电平vdat)下拉所述下降电压所得到的电压。
因此,由采样信号SH的第一触发(activation)SH1和第二触发SH2采样的数据线电压电平之间的差与复位电平vrst和数据电平vdat之间的差(vrst-vdat)相等。
然而,根据驱动图像传感器的有源像元的传统方法,复位电平vrst是由外部电源电压VDD下拉第一门限电压VT1而得到的电压。第一门限电压VT1是复位晶体管的门限电压,该复位晶体管由复位控制信号RX选通,并且将浮动扩散节点FD电连接至外部电源电压端。聚集节点的初始电压是由外部电源电压VDD下拉这样一个值而得到的电压,该值在第一门限电压VT1和第二门限电压VT2之间更高。第二门限电压VT2是传输晶体管的门限电压,该传输晶体管由传输控制信号TX选通并且将聚集节点连接至浮动扩散节点。
根据图像传感器的一般设计和生产工艺,会发生第二门限电压VT2大于第一门限电压VT1的情形。这样,当复位电平vrst由第一门限电压VT1决定时,聚集节点的初始电压由第二门限电压VT2决定。
根据图像传感器的生产工艺,在第一门限电压VT1和第二门限电压VT2中可能产生相当可观的偏差。结果,聚集节点处的初始电压和复位电平vrst之间的差变得不规律。
在使用相关双采样方法读出图像传感器数据的传统方法中,聚集节点处的初始电压和复位电平vrst之间的差变得不规则,这使得图像传感器的低亮度特性劣化。

发明内容
为了解决上述和其它问题,本发明提供了一种CMOS有源像元以及其驱动方法,它通过在复位区段中预先执行可在读出区段中产生的传输控制信号和复位控制信号的时序,从而减少了初始状态中的像元的死区。
另外,本发明提供了一种驱动CMOS有源像元的方法,其可以减少聚集节点的初始电压与浮动扩散节点的复位电平vrst之间的差。
根据本发明一种方案,一种CMOS有源像元,包括光电二极管,用于根据接收到的光子产生信号电荷;传输晶体管,用于响应在图像传感器的读出区段期间有效的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点,所述浮动扩散节点接收由所述传输晶体管传输的信号电荷;复位晶体管,用于响应在预定的复位区段内有效的复位控制信号以复位所述浮动扩散节点,所述预定的复位区段与所述读出区段没有交迭;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;以及选择晶体管,它响应预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的所述电压传输至相应的数据线,所述CMOS有源像元由以下方法驱动通过同时导通所述复位晶体管和所述传输晶体管来执行A区段,以初始化所述光电二极管;在进入C区段以感测由所述光电二极管产生的电子之前,执行B区段以产生所述复位控制信号和所述传输控制信号的时序;以及执行C区段的感测操作并且执行D区段(读出区段)以读出存储在所述光电二极管中的电荷。
根据本发明的另一种方案,一种包含在图像传感器中的CMOS有源像元,包括光电二极管,用于根据接收到的光子产生信号电荷;传输晶体管,用于响应在图像传感器的读出区段期间有效的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点;浮动扩散节点,用于接收由所述传输晶体管传输的所述信号电荷;复位晶体管,用于响应在预定的复位区段中有效的复位控制信号以使所述浮动扩散节点复位,所述预定的复位区段与所述读出区段没有交迭;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;选择晶体管,用于响应于预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的电压传输至相应的数据线;以及控制信号发生器,用于产生所述复位控制信号和所述传输控制信号,其中所述复位区段是产生于所述读出区段中的所述复位控制信号和所述传输控制信号的时序区段,并且包括所述复位控制信号和所述传输控制信号的时序区段用以形成势垒,所述势垒与形成在所述光电二极管和所述传输晶体管之间的势垒的大小相对应。
根据本发明的又一种方案,一种CMOS有源像元,包括光电二极管,用于根据接收到的光子在预定的聚集节点处产生信号电荷;传输晶体管,用于响应预定的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点,所述浮动扩散节点接收由所述传输晶体管传输的所述信号电荷;复位晶体管,用于响应预定的复位控制信号以使所述浮动扩散节点复位;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;以及选择晶体管,用于响应预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的电压传输至相应的数据线,所述CMOS有源像元由以下方法驱动执行复位采样区段以根据所述复位浮动扩散节点的电压采样所述数据线的复位电平;执行数据采样区段以将所述光电二极管中产生的所述信号电荷传输至所述浮动扩散节点,并且根据取决于所述信号电荷的所述浮动扩散节点的电压采样所述数据线的数据电平;以及执行预备区段以匹配所述数据采样操作被执行之前所述聚集节点的电压以及所述数据采样操作被执行之后所述浮动扩散节点的电压,其中所述预备区段包括第一均衡区域,在所述第一均衡区域中,所述复位控制信号被无效并且所述传输控制信号为有效。
根据本发明的再一种方案,一种CMOS有源像元,包括光电二极管,用于根据接收到的光子在预定的聚集节点处产生信号电荷;传输晶体管,用于响应预定的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点,所述浮动扩散节点接收由所述传输晶体管传输的所述信号电荷;复位晶体管,用于响应预定的复位控制信号以使所述浮动扩散节点复位;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;以及选择晶体管,用于响应预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的电压传输至相应的数据线,所述CMOS有源像元由以下方法驱动执行复位采样区段以根据所述复位浮动扩散节点的电压采样所述数据线的复位电平;在所述复位采样操作之后,执行数据采样区段以将所述光电二极管中产生的所述信号电荷传输至所述浮动扩散节点,并且根据取决于所述信号电荷的所述浮动扩散节点的电压采样所述数据线的数据电平;以及执行预备区段以匹配所述数据采样操作被执行之前所述聚集节点的电压以及所述数据采样操作被执行之后所述浮动扩散节点的电压,其中所述预备区段包括准备区域,在所述准备区域中,在所述传输控制信号被无效的状态下,所述复位控制信号被无效。
附图的简要说明图1是驱动使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的时序图;图2是显示了4晶体管CMOS有源像元的示意图,用以说明光电二极管的剖面以及基于图1的时序图的每个区域的电子势能;图3是驱动使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的另一个时序图;图4是使用根据本发明的优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的电路图;图5是用于驱动使用图4的根据本发明的优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的信号时序图;图6是通过修改图5的时序图所得到的时序图;图7是显示了控制信号发生器的一个示例的电路图,该控制信号发生器产生图5的时序图的传输控制信号和复位控制信号;图8是使用根据本发明的另一个优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的电路图;图9是用于驱动使用了图8的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的信号电路图;图10是通过修改图9的时序图所得到的时序图;图11是通过修改图10的时序图所得到的时序图。
实现本发明的优选形式图4是使用4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的电路图。参照图4,4晶体管CMOS有源像元40包括光电二极管PH、传输晶体管45、复位晶体管47、浮动扩散节点FD、驱动晶体管48、以及选择晶体管49。
光电二极管PH根据接收到的光子产生信号电荷。优选地,光电二极管PH具有P-I-N(P型半导体-本征半导体-N型半导体)结构。也就是说,通过在P阱或者P型衬底中注入N型杂质来形成杂质层从而在PN结的边界处形成本征半导体层。由于具有上述P-I-N结构的光电二极管PH在N型杂质层的上边界界面和下边界界面处都形成PN结,因此量子效率得到了提高。
传输晶体管45被预定的传输控制信号GTX选通。由此,当传输控制信号GTX有效时,光电二极管PH形成了到达浮动扩散节点FD的电流通路。浮动扩散节点FD接收光电二极管PH中产生的信号电荷。
复位晶体管47被预定的复位控制信号GRX选通。即,当复位控制信号GRX变为有效的“高”时,复位晶体管47使滞留在浮动扩散节点FD处的电荷朝着电源电压VDD发射。由此,当复位控制信号GRX变为有效并且传输控制信号GTX变为有效的“高”时,光电二极管PH区域的电子势能被初始化。
驱动晶体管48被浮动扩散节点FD选通。即,驱动晶体管48由浮动扩散节点FD的电压电平控制,以使得传输至数据线DL的电压电平被确定。
响应于预定的行选择信号GSX,选择晶体管49将来自于驱动晶体管48的电压传输至对应于CMOS有源像元40的列的数据线DL。行选择信号GSX是用于选择包括CMOS有源像元40的行的信号。当行选择信号GSX变为有效时,在同一行中的所有CMOS有源像元的数据被传输至数据线DL。
对应于复位采样信号RSH和数据采样信号DSH的数据线DL的电压、以及复位电压和数据电压分别被采样并且被存储在第一电容C1和第二电容C2中。通过比较器50对存储的复位电压和数据电压进行比较,从而产生第一输出信号VOUT1和第二输出信号VOUT2。
图5是用于驱动使用图4的根据本发明优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的信号时序图。参照图5,在还未感测到光的A区段,复位晶体管GRX和传输晶体管GX同时导通。由此,光电二极管PH在A区段中被初始化。在其中光电二极管PH产生光子的C区段之前,其中产生复位控制信号GRX和传输控制信号GTX的时序的B区段一直持续。
本发明的特有的特征存在于B区段。考虑到其中数据根据所感测到的光子而被读出的D区段的时序,B区段的时序是为了形成具有与B区段相同大小的光电二极管PH和传输晶体管45的势垒(potential wall)。
为了形成这种势垒,B区段在与读出数据时的D区段相同的条件下产生时序。即,在B区段中,在复位晶体管47截止的状态下,传输晶体管45被导通和截止。由于这一时序操作,与现有技术不同的是,光电二极管PH和传输晶体管45的势垒被升高。
由此,在C区段开始之前,在光电二极管PH和传输晶体管45之间的边界界面处的电子势能被预先升高至与在D区段中形成的电子势能大致相等。由此,与在D区段中的读出操作相类似,在C区段期间光子预先填充光电二极管PH,其填充的量大致等于当数据根据光电二极管PH中产生的光子被读出时由于势垒(w1+w2)的作用而还没有逸出的电荷的量。
然后,复位晶体管47可以保持截止状态或者被再次开启。当复位晶体管47被保持在截止状态时,暗电流的产生被减少,由此功率的损失可以被整体降低。
图C区段中的感测操作被终止并且存储在光电二极管PH中的电荷被根据图5中D区段的时序图读出。即,复位采样信号RSH和信号采样信号DSH变为有效,并且像元的数据通过相关双采样(CDS)方法输出。
在本说明书中,A区段和B区段加在一起的区段被称为“复位区段”,C区段和D区段分别被称为“感测区段”和“读出区段”。
图6是通过修改图5的时序图所得到的时序图,其显示了即使当复位区段中的传输控制信号GTX的无效点被延迟从而使B’区段的宽度稍有减少时,本发明也可以被正常实施。
为了总结图5和图6中所示的复位控制信号GRX和传输控制信号GTX的操作,在复位区段(B区段)和读出区段(D区段)中都包括这样一个区段,在该区段中,复位控制信号GRX保持无效状态并且传输控制信号GTX为有效且继而无效。
为了分别控制B区段的时序和D区段的时序,需要如图7中所示的控制信号发生器。在图7中,积分传输信号(integral transmission signal)Integ-TX和积分复位信号Integ-RX是用以将图5和图6的B区段中的控制信号施加至像元的信号线。即,图7的控制信号发生器被控制复位区段的积分传输信号Integ-TX和积分复位信号Integ-RX所控制,用以在B区段中产生控制信号。在一种典型的情况下,扫描传输控制信号Scan-TX、扫描复位信号Scan-RX和扫描选择信号Scan-Sx被提供至图7的控制信号发生器。扫描传输控制信号Scan-TX、扫描复位信号Scan-RX和扫描选择信号Scan-Sx是用于将图5和图6的D区段中的控制信号施加至像元的信号。在图中,括号中的“n”是传感器阵列的相应的行,“An”和“An+1”是用于在复位区段中选择特定行的信号,“Bn”和“Bn+1”是用于在读出区段中选择特定行的信号。
图8是使用根据本发明的另一个优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的电路图。参照图8,根据本发明的另一个优选实施方案的4晶体管CMOS有源像元80包括光电二极管PH、传输晶体管85、复位晶体管87、浮动扩散节点FD、驱动晶体管88以及选择晶体管89。
根据接收到的光子,在光电二极管PH中形成信号电荷。光电二极管N型一侧的端被称作聚集节点SUM。由此光电二极管PH中产生的信号电荷在聚集节点SUM处聚集。传输晶体管85响应于预定的传输控制信号TX而被选通。传输控制信号TX变为有效的“高”。然后,聚集在聚集节点SUM处的信号电荷被传输至浮动扩散节点FD。浮动扩散节点FD接收产生自光电二极管PH的信号电荷。当传输控制信号TX变为无效的“低”时,聚集节点SUM被与浮动扩散节点FD和外部电源电压VDD电隔离。
复位晶体管87响应于复位控制信号RX而被选通。当复位控制信号RX变为有效的“高”时,滞留在浮动扩散节点FD处的电荷排向外部电源电压VDD。由此,当复位控制信号RX变为有效并且传输控制信号TX变为有效的“高”时,聚集节点SUM被初始化。
驱动晶体管88被浮动扩散节点FD选通并且决定传输至数据线DL的电压电平。即,数据线DL的电压电平是从浮动扩散节点FD的电压电平下拉驱动晶体管88的门限电压而得到的电压。
响应于预定的行选择信号SX,选择晶体管89将由驱动晶体管88传输的电压传输至对应于CMOS有源像元80的列的数据线DL。行选择信号SX是用于选择包括CMOS有源像元80的行的信号。当行选择信号SX变为有效时,在同一行中的所有CMOS有源像元的数据被传输至各自的数据线。
对应于每个复位电平和数据电平的数据线DL的电压被响应于采样信号SH的第一有效触发(activation)和第二有效触发来采样。数据线DL的采样的电压通过相关双采样电路(CDS)90来采样,由此通过相关双采样方法产生输出信号VOUT。
图9是用于驱动使用了图8的4晶体管CMOS有源像元的图像传感器的信号电路图。如图9所示,复位晶体管87和传输晶体管85在T21区段的初始阶区段被同时导通。由此,在T21区段的初始部分,连接至光电二极管PH的聚集节点SUM被初始化。T21区段是其中光未被感测到的区段,并且在本说明书中其将被称为“预备区段”。然后,复位控制信号RX在t21点变为无效,并且传输控制信号TX在t22点变为无效。随着光电二极管PH对外部光产生反应,信号电荷被聚集在聚集节点SUM处。在本说明书中,从t21点(在此复位控制信号RX变为无效)到t22点(在此传输控制信号TX变为无效)的区域k211被称为“第一均衡(equalization)区域”。然后,执行T22区段。在对应于图3的T12区段的T22区段中,随着图像传感器对光做出反应,信号电荷被聚集在聚集节点SUM处。
然后执行T23区段。在对应于图3的T13区段的T23区段中,对应于浮动扩散节点FD的复位电平vrst的数据线DL的电压在采样信号SH的有效区域SH1中被采样。在本说明书中,T23区段被称为“复位采样区段”。
随后执行T24区段。在对应于图3的T14区段的T24区段中,对应于数据电平vdat的数据线DL的电压被采样。即,在传输控制信号TX的有效区域k241中,聚集在聚集节点SUM处的电荷被传输至浮动扩散节点FD。对应于浮动扩散节点FD的数据电平vdat的数据线DL的电压在采样信号SH的有效区域SH2中被采样。在本说明书中,T24区段被称为“数据采样区段”。与图3所示的传统技术相比,图9的优选实施方案在预备区段T21具有以下不同。即,T21区段包括第一均衡区域k211,在此区域中,复位控制信号RX无效并且传输控制信号TX有效。在第一均衡区域k211中,传输晶体管T25被导通,以使得聚集节点SUM的电压接近浮动扩散节点FD的复位电平vrst。由此,与图3的传统技术相比,聚集节点SUM的初始电压和复位电平的电压之间的差被减小了约1/2。
图10是通过修改图9的时序图所得到的时序图。除了对聚集节点SUM和浮动扩散节点FD进行均衡的次数以外,图10的时序图与图9的时序图基本相同。即,在图9的预备区段中,只执行第一均衡区域k211。然而,在图10的预备区段T31中,在执行了第一均衡区域k311后,还将执行间隔区域(separation region)k312和第二均衡区域k313。即,在间隔区域k312中,传输控制信号TX无效并且复位控制信号RX变为有效的“高”。在间隔区域k312中,在第一均衡区域k312中被传输至聚集节点SUM的信号电荷改变的浮动扩散节点FD的电荷被恢复至复位电平vrst。在第二均衡区域k312中,执行聚集节点SUM和浮动扩散节点FD的均衡。在图10中,由于均衡区域被执行了两次(k311和k313),因此与图3的传统技术相比,聚集节点SUM的初始电压和复位电平的电压之间的差被减小约1/22。
复位区段T31中的均衡区域的数量可以被增加。如果复位区段T31中均衡区域的数量被增加至“n”(“n”是3或者大于3的整数),则与图3的传统技术相比,聚集节点SUM的初始电压和复位电平的电压之间的差被减小约1/22。
图11是通过修改图10的时序图所得到的时序图。图11的时序图与图10的时序图基本相同。然而,当在传输控制信号TX处于图10中变为有效的“高”的状态时实现了复位控制信号RX的无效的情况下,在传输控制信号TX处于图11中变为有效的“低”的状态时可以实现复位控制信号RX的无效。然后,在图11中,执行第一均衡区域k411、分隔区域k412以及第二均衡区域k413。即,均衡区域(k411和k413)被产生两次。由于根据图11的时序图的效果与图11的时序图的效果基本相同,因此将省略其详细描述。
虽然参照优选实施方案特别地示出并且描述了本发明,但是本领域技术人员应该理解,在不背离由所述权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行各种形式和细节上的变化。
工业应用性如上所述,由于在读出区段中产生的传输控制信号和复位控制信号的时序被预先执行,因此在光电二极管区域和传输晶体管之间的具有与读取区段中产生的势垒相对应的大小的势垒被在复位区段预先产生,并且光电二极管区域被填充电荷。由此,在读出区段死区被减小。因此,图像传感器的最小光线量的特性得到了提高。
另外,在复位区段,连接聚集节点(其用来聚集产生自光电二极管的信号电荷)和浮动扩散节点的传输晶体管被开启一次或者两次或者多次。由此,聚集节点的初始电压和浮动扩散节点的复位电平的电压之间的差被大大降低。因此,按照根据本发明的驱动CMOS有源像元的方法,图像传感器的低亮度特性被显著提高。
权利要求
1.一种驱动CMOS有源像元的方法,所述CMOS有源像元包括光电二极管,用于根据接收到的光子在预定的聚集节点处产生信号电荷;传输晶体管,用于响应预定的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点,所述浮动扩散节点接收由所述传输晶体管传输的所述信号电荷;复位晶体管,用于响应预定的复位控制信号以使所述浮动扩散节点复位;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;以及选择晶体管,用于响应预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的电压传输至相应的数据线,所述方法包括(a)执行复位采样区段以根据所述复位浮动扩散节点的电压采样所述数据线的复位电平;(b)执行数据采样区段以将所述光电二极管中产生的所述信号电荷传输至所述浮动扩散节点,并且根据取决于所述信号电荷的所述浮动扩散节点的电压采样所述数据线的数据电平;以及(c)执行预备区段以匹配所述操作(b)被执行之前所述聚集节点的电压以及所述操作(b)被执行之后所述浮动扩散节点的电压,其中所述预备区段包括第一均衡区域,在所述第一均衡区域中,所述复位控制信号被无效并且所述传输控制信号为有效。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述预备区段进一步包括分隔区域,在所述分隔区域中,在所述第一均衡区域执行之后,所述传输控制信号被无效并且所述复位控制信号为有效;以及第二均衡区域,在所述第二均衡区域中,在所述分隔区域执行之后,所述复位控制信号被无效并且所述传输控制信号为有效。
3.一种驱动CMOS有源像元的方法,所述CMOS有源像元包括光电二极管,用于根据接收到的光子在预定的聚集节点处产生信号电荷;传输晶体管,用于响应预定的传输控制信号以将所述信号电荷提供至预定的浮动扩散节点,所述浮动扩散节点接收由所述传输晶体管传输的所述信号电荷;复位晶体管,用于响应预定的复位控制信号以使所述浮动扩散节点复位;驱动晶体管,由所述浮动扩散节点的电压电平控制;以及选择晶体管,用于响应预定的行选择信号以将由所述驱动晶体管传输的电压传输至相应的数据线,所述方法包括(a)执行复位采样区段以根据所述复位浮动扩散节点的电压采样所述数据线的复位电平;(b)在所述操作(a)之后,执行数据采样区段以将所述光电二极管中产生的所述信号电荷传输至所述浮动扩散节点,并且根据取决于所述信号电荷的所述浮动扩散节点的电压采样所述数据线的数据电平;以及(c)执行预备区段以匹配所述操作(b)被执行之前所述聚集节点的电压以及所述操作(b)被执行之后所述浮动扩散节点的电压,其中所述预备区段包括准备区域,在所述准备区域中,在所述传输控制信号被无效的状态下,所述复位控制信号被无效。
4.如权利要求3所述的方法,其中所述预备区段进一步包括第一均衡区域,在所述第一均衡区域中,在所述准备区段执行之后,所述复位控制信号被无效并且所述传输控制信号为有效;分隔区域,在所述分隔区域中,在所述第一均衡区域执行之后,所述传输控制信号被无效并且所述复位控制信号为有效;以及第二均衡区域,在所述第二均衡区域中,在所述分隔区域执行之后,所述复位控制信号被无效并且所述传输控制信号为有效。
全文摘要
提供了一种CMOS有源像元以及其驱动方法。读出区段所产生的传输控制信号和复位控制信号的时序被在复位区段预先执行。因此,在光电二极管区域和传输晶体管之间的具有与读取区段中产生的势垒相对应的大小的势垒被在复位区段预先产生,并且光电二极管区域被填充电荷。由此,在读出区段死区被减小。因此,图像传感器的最小光线量的特性得到了提高。另外,在复位区段,连接聚集节点(其用来聚集产生自光电二极管的信号电荷)和浮动扩散节点的传输晶体管被开启一次或者两次或者多次。由此,聚集节点的初始电压和浮动扩散节点的复位电平的电压之间的差被大大降低。因此,按照根据本发明的驱动CMOS有源像元的方法,图像传感器的低亮度特性被显著提高。
文档编号H04N5/378GK101083713SQ20071010860
公开日2007年12月5日 申请日期2004年2月7日 优先权日2003年2月7日
发明者李道永 申请人:(株)赛丽康
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