用于随机数产生的设备、方法和系统及图像传感器的制造方法

用于随机数产生的设备、方法和系统及图像传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于随机数产生的设备、方法和系统及图像传感器。本发明涉及用于产生随机数的技术及机制。在实施例中，从包含第一源极跟随器晶体管的第一单元接收第一信号。电路逻辑检测所述第一信号的脉冲，且响应于所述脉冲而产生指示对所述第一源极跟随器晶体管中的第一随机电报噪声事件的检测。在另一实施例中，响应于所述所指示的对所述第一随机电报噪声事件的检测而执行第一计数更新。所述第一计数更新是用于产生与多个随机电报噪声事件对应的数的一个基础。
【专利说明】用于随机数产生的设备、方法和系统及图像传感器

【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及电子装置，且更特定来说（但不仅仅），涉及随机数的产生。

【背景技术】
[0002] 随机数产生器（其理想上产生一些不可预知的结果）在包含网络、统计及计算建 模的很多种应用中有用。在计算机网络、近场通信及其它通信中，安全数据加密/解密常常 取决于基于随机数产生的密钥。
[0003] 伪随机数常常在随机性要求相对低的应用中用作替代。许多计算机编程语言包含 宣称为随机数产生器的函数或库例行程序。它们通常经设计以提供伪随机字节或字，或均 匀地分布在零（0)与一（1)之间的浮点数。此库函数经常具有差的统计性质，且一些在数 以万计的尝试后才重复模式。
[0004] 随着对于计算机网络及其他类型的通信来说安全风险的数目及种类的增加，对于 高度不可预知的数产生的需要增加。而且，随着相继更小，更节能的装置继续结合较宽范围 的处理功能性及/或通信功能性，对于此些装置支持更好的随机数产生的需求也在不断增 力口。不幸的是，对于复杂性、速度、大小及功率中的一者或一者以上，用于真随机数产生的常 规机制通常是无效的。


【发明内容】

[0005] 在一方面，本发明包含一种设备，其包括：一个或一个以上单元，其各自包含相应 源极跟随器晶体管，其中所述一个或一个以上单元中的第一单元包含第一源极跟随器晶体 管；检测器模块，其耦合到所述一个或一个以上单元，所述检测器模块包含电路逻辑以从所 述第一单元接收第一信号，且响应于所述第一信号的脉冲而指示对所述第一源极跟随器晶 体管中的第一随机电报噪声事件的检测；及计数器模块，其耦合到所述检测器模块，所述计 数器模块包含电路逻辑以响应于对所述第一随机电报噪声事件的所述所指示检测而执行 第一计数更新且基于所述第一计数更新而传达对应于多个随机电报噪声事件的数。
[0006] 在另一方面，本发明包含一种方法，其包括：从一个或一个以上单元中的第一单元 接收第一信号，所述一个或一个以上单元各自包含相应源极跟随器晶体管；响应于所述第 一信号的脉冲而指示对所述第一单元的第一源极跟随器晶体管中的第一随机电报噪声事 件的检测；响应于对所述第一随机电报噪声事件的所述所指示检测而执行第一计数更新； 及基于所述第一计数更新而传达对应于多个随机电报噪声事件的数。
[0007] 在另一方面，本发明包含一种图像传感器，其包括：包含一个或一个以上像素单元 的像素阵列，所述像素单元各自包括相应源极跟随器晶体管，其中所述一个或一个以上像 素单元中的第一像素单元包含第一源极跟随器晶体管；检测器模块，其耦合到所述一个或 一个以上像素单元，所述检测器模块包含电路逻辑以从所述第一像素单元接收第一信号且 响应于所述第一信号的脉冲而指示对所述第一源极跟随器晶体管中的第一随机电报噪声 事件的检测；及计数器模块，其耦合到所述检测器模块，所述计数器模块包含电路逻辑以响 应于对所述第一随机电报噪声事件的所述所指示检测而执行第一计数更新且基于所述第 一计数更新而传达对应于多个随机电报噪声事件的数。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 在附图的各图中通过实例而不是以限制意义来说明本发明的各种实施例，在图 中：
[0009] 图1是说明根据实施例的用于产生随机数的系统的元件的框图。
[0010] 图2是说明根据实施例的用于产生随机数的系统的元件的框图。
[0011] 图3是说明根据实施例的用于产生随机数的方法的元件的流程图。
[0012] 图4是说明根据实施例的待用于产生随机数的信号的元件的时序图。
[0013] 图5是说明根据实施例的用于检测随机电报信号噪声事件的电路的元件的电路 图。
[0014] 图6是说明根据实施例的包含用于产生随机数的电路的成像系统的元件的框图。
[0015] 图7是说明根据实施例的提供用于产生随机数的信号的像素阵列的元件的电路 图。
[0016] 图8是说明根据实施例的包含用于产生随机数的电路的成像系统的元件的框图。 [0017] 图9是说明根据实施例的用于产生随机数的系统的元件的框图。

【具体实施方式】
[0018] 本文论述的实施例基于一个或一个以上源极跟随器晶体管中的随机电报信号 (RTS)噪声不同地提供随机数产生。RTS噪声（也被称为突发噪声）是例如图像传感器等装 置中常见的随机现象。RTS噪声事件可包含或引致电流或电压的波动（本文中称作脉冲） 的离散周期。对于给定源极跟随器晶体管，此些脉冲可大致为相同量级，尽管它们可在（例 如）持续时间方面不同。
[0019] RTS噪声事件可包含源极跟随器晶体管中氧化物阱的随机填充和放空，其中此些 氧化物阱的数目可为随机的，及/或源极跟随器晶体管中的此些氧化物阱的相应位置可为 随机的。因此，在某些实施例中，此些RTS噪声事件可为用于有效地产生真随机数的基础。 举例来说，各种实施例包含对一个或一个以上源极跟随器晶体管中的RTS噪声事件进行检 测（例如，在预定取样时间之内），及基于此些RTS噪声事件执行计数以产生随机数。
[0020] 图1说明根据实施例的用于产生随机数的系统100的元件。系统100可包含各 种平台中的任一者，所述平台包含但不限于台式计算机、膝上型计算机、服务器、手持装置 (例如，智能手机、PC平板计算机、掌上型计算机等）、视频游戏控制台、数字录像机、光碟机 播放器、数字视频光盘播放器、机顶盒等。在另一实施例中，系统100提供作为此平台的外 围装置而操作的功能性。在又一实施例中，系统100是或结合到智能标签、表袋（例如用于 无键输入的）、智能卡或包含用于无线地传送信息的构件的各种其它装置中的任一者。
[0021] 系统100可包含电路的一个或一个以上单元，所述单元每一者包括相应源极跟随 器晶体管，例如，由包括源极跟随器晶体管Tsf的说明性单元110表示。在实施例中，单元 110是像素单元，例如用于图像传感器的像素阵列的像素单元。举例来说，Tsf可耦合在供 应电压VDD与位线115之间，用于提供单元110的输出信号，其中Tsf的栅极端子耦合到单 元110的光电二极管（未展示）。在单元110的一种操作模式中，Tsf可基于所述光电二极 管中累积的电荷量而激活。此Tsf激活可致使单元110在位线115上输出信号，所述信号 表示所述光电二极管捕获的图像信息。
[0022] 为了避免模糊各种实施例的某些特征，在本文中参考一个或一个以上像素单元中 的RTS噪声事件来论述随机数的产生。然而，此论述可扩展到额外或替代地应用到各种其 它电路（单元）（每一者包含源极跟随器晶体管）群组的任一者中的RTS噪声事件。尽管 单元110可包含具有图像捕获功能性的电路，但在某些实施例中，系统100可不包含任何其 它电路来支持此图像捕获功能性。
[0023] 源极跟随器晶体管Tsf (也称为共漏放大器）可经耦合以直接或间接提供信号到 系统100的检测器模块120。在实施例中，Tsf可在单元110的至少第一模式中在单元110 外面的电路（例如包含检测器模块120的电路）与单元110中的一个或一个以上其它电路 元件（未展示）之间起电压缓冲器的作用。系统100可包含在单元110内或耦合到单元 110的电路（未展示），以使单元110在包含此第一模式的多个模式之间不同地转变。举例 来说，系统100可包括控制逻辑以在用于基于来自单元110的信号而产生随机数的模式与 用于基于来自单元110的另一信号而确定一些其它信息（例如，图像信息）的另一模式之 间转变。在替代实施例中，系统100仅在单一模式下操作而产生随机数。
[0024] Tsf可包含氧化物阱，举例来说，其位于栅极氧化物的体积中。随着时间的过去，此 些氧化物阱可不同地截获和释放电荷载体。尽管在Tsf内此些截获（或释放）事件的计时 是随机的，但它们对从Tsf输出的信号可能具有类似效果。此些截获/释放事件（简单来 说在本文中称作RTS噪声事件）可引起具有电压（或电流）的电平的大体上相同的变化的 信号脉冲。归因于Tsf中的RTS噪声事件的位线115上的信号脉冲可各自具有（例如）大 约250 μ V的量级。然而，此脉冲量级可取决于Tsf的通道尺寸及电特性，且可不限于某些 实施例。
[0025] 检测器模块120可包含用以检测Tsf中的RTS噪声事件的电路。通过说明而不是 限制，单元110可在某一时间点处在一模式下，用于经由位线115提供具有基线电平的电压 (或电流）的信号，其中所述信号相对于此基线电平的变化是响应于Tsf中的RTS噪声事 件。检测器模块120可包含模/数转换器（ADC)或其它电路以在单元110的此模式期间产 生输出信号，来响应于位线115的（在一个或一个以上方面）从所述基线发生了足够大的 变化的信号。
[0026] 举例来说，检测器模块120可提供输出信号到系统100的计数器模块130,所述输 出信号响应于来自单元110的信号的一个或一个以上脉冲特性而在二元逻辑状态之间转 变。此些脉冲特性可包含（举例来说）随着时间过去信号脉冲的持续时间、从基线（电压 或电流）电平脉冲的变化量、从基线电平脉冲的变化率、连续不断的脉冲的持续时间及/或 多个额外或替代脉冲特性中的任一者。检测器模块120所响应的特定脉冲特性及/或此些 特性的特定值可以是实施方案特有的，例如，取决于与Tsf所属的晶体管类型相关联的RTS 噪声特性。
[0027] 计数器模块130可包含或耦合到多个计数位135,以用于不同地存储二进制值，所 述二进制值在某一时间点一起作为与系统110的一个或一个以上单元的经取样随机电报 噪声事件对应的数140而提供。计数器模块130可通过检测器模块120触发以执行对某一 计数的更新（本文中这被称作计数更新），计数器模块130维持有计数位135中的一些或 全部。举例来说，计数更新可更新一计数，计数器模块130还可响应于系统100的另一单元 (未展示）中的RTS噪声事件而更新所述计数。计数更新可致使计数位135中的一些或全 部递增计数、递减计数、滚动计数转到某一初始值（例如零）等等。
[0028] 在实施例中，单元110仅通过计数位135的子集影响计数。替代地或另外，系统 110的另一单元（未展示）可被限制于仅通过计数位135的不同子集影响计数。举例来说， 单元110的RTS噪声事件可引起对计数位135的仅单一位的计数更新，其中一些其它单元 的RTS噪声事件可引起计数位135的仅不同的单一位的计数更新。因此，计数位135的不 同位可各自专用于不同的相应单元或不同的相应多个单元。
[0029] 系统100可包含额外电路（例如，在计数器模块130或别的地方）以重置计数位 135中的一些或全部到基线值。此重置可为取样周期做准备，在所述取样周期期间计数位 135基于系统100的一个或一个以上单元的RTS噪声事件而维持一计数或若干计数。替代 地或另外，此额外电路可用以识别取样周期的开始时间、取样周期的总持续时间、取样周期 的剩余部分等等。在实施例中，此额外电路可结合到系统100的控制逻辑（未展示）中，用 于控制计数器模块130、检测器模块120及/或单元110。
[0030] 图2说明根据实施例的用于产生随机数的系统200的元件。举例来说，系统200 可包含系统100的特征中的一些或全部。系统200包括单元210a，...，210η，所述单元 210a，...，210η分别包括源极跟随器晶体管Tsa，...，Tsn。单元210a，...，210η中的一些 或全部可布置成行、列或其它阵列。在实施例中，单元210a，...，210η中的一者或一者以上 各自提供例如单元110的功能性等功能性。
[0031] 通过说明而不是限制，源极跟随器晶体管Tsa，. . .，Tsn可不同地耦合在供应电压 VDD 与相应位线 215a，· · ·，215n 之间。单元 210a，· · ·，210n、VDD 及位线 215a，· · ·，215n 彼 此之间的配置仅仅为说明性的，且不限于某些实施例。系统200可进一步包括检测器模块 220以经由位线215a，...，215n接收相应信号，且基于此些信号以检测Tsa，...，Tsn中的 一些或全部中的RTS噪声事件。
[0032] 检测器模块220可包含相应ADC电路22a，...，225n，其各自用于位线215a，...， 215η中的相应者。响应于经由位线215a，...，215η接收到的信号的脉冲，ADC电路 225a，. . .，225n可提供相应输出信号，其不同地指示Tsa，. . .，Tsn中的RTS噪声事件。此 些输出信号可提供到系统200的计数器模块230,例如，其中检测器模块220及计数器模块 230的功能性分别对应于检测器模块120及计数器模块130的功能性。在所展示的说明性 实施例中，ADC电路225a，...，225n的相应输出绑定在一起以提供此些输出的逻辑或，作 为计数器模块230的单一输入。然而，在替代实施例中，ADC电路225a，...，225n的相应 输出中的一些或全部可作为不同的输入而提供到计数器模块230。在另一实施例中，单元 210a，...，210n中的一些或全部经由共同位线而耦合到检测器模块220,例如，其中此些单 元可通过控制逻辑不同地进行选择以在不同时间输出相应信号到所述共同位线。
[0033] 计数器模块230可包含或耦合到计数位b0, ...，bx，所述计数位基于检测器模块 220不同地指示Tsa，. . .，Tsn中的RTS噪声事件而存储计数位值。计数器模块230可用计 数位b0，. ..，bx维持一个或一个以上计数，其中包含响应于检测器模块220不同地指示RTS 噪声事件的检测而对此一个或一个以上计数执行更新。
[0034] 在实施例中，Tsa(或任何其它或Tsa，. . .，Tsn)包含有助于通过检测器模块220 对RTS噪声事件进行检测的一个或一个以上材料、尺寸、电参数及/或其它特性。举例来说， 归因于RTS噪声事件的由单元210a输出的信号脉冲可满足某一最小阈值量级。替代地或 另外，Tsa的一个或一个以上尺寸可小到足以将RTS脉冲容易地与单元210a所产生的热噪 声或其它背景噪声中区别开来。此些尺寸可包含（举例来说）通道宽度、通道长度、栅极绝 缘体厚度等等。通过说明而不是限制，Tsa，...，Tsn中的一些或全部可各自包括具有大体 上为5.0纳米（nm)或更小的厚度的栅极绝缘体。然而，根据实施特定细节，有助于区别出 RTS脉冲的Tsa (或任何其它或Tsa，...，Tsn)的特定特性可跨越不同的实施例而不同。
[0035] 此源极跟随器晶体管可（举例来说）易于产生影响耦合到晶体管的栅极的浮动扩 散节点的重置状态和所述晶体管的信号状态中的一者或两者的RTS脉冲。因此，在图像传 感器应用中（举例来说）通常被指示为亮度图像像素中的电平移动的RTS噪声事件可根据 不同实施例通过调适像素读取逻辑的相关双取样电路及/或ADC电路来进行检测。举例来 说，对于在250uV的范围内（完全在300到500mV的正常晶体管阈值电压之下）的RTS噪 声事件，此检测可发生。
[0036] 在实施例中，系统200可被置于用于产生随机数的模式下。举例来说，单元 210a，...，210n可经配置以提供基线信号，所述基线信号易于被Tsa，...，Tsn的相应者中 的RTS噪声事件不同地扰动。此配置可包含（举例来说）降低到单元210a，...，210n中 的一些或全部的供应电压（例如VDD)的电平。替代地或另外，此配置可包含激活开关电路 (例如包含于或耦合到单元210a，...，210η)以不同地选择单元210a，...，210η，用于提供 相应基线信号。通过说明而不是限制，配置单元210a，...，210η以有助于随机数的产生可 包含将Tsa，...，Tsn的栅极端子各自设置为接地或某一其它参考电势。
[0037] 在实施例中，计数器模块230包含计时器逻辑235以基于来自检测器模块220的 信令而确定用于执行计数的开始时间及/或终止时间。通过说明而不是限制，计时器逻辑 235可实施时间窗（例如，大约5ns)，用于对检测器模块220检测到的RTS噪声事件进行技 术。根据实施特定细节，此时间窗的特定持续时间可跨越不同的实施例而不同。计时器逻辑 235可包含电路以识别计数之间的间隔，个别计数的持续时间、用于当前计数的剩余时间及 /或用于计数的计时的各种额外或替代值中的任一者。此些值可硬连接在计时器逻辑235 中、由系统200的控制逻辑（未展示）（其可耦合到计时器逻辑235)预定义、在系统200的 操作期间通过此控制逻辑动态地更新等。在实施例中，计时器逻辑235检测计数周期的结 束，且至少部分基于此检测，发信号通知基于用位b0, ...，bx进行的计数的数240将被计数 器模块230输出。
[0038] 图3说明根据实施例的用于产生随机数的方法300的元件。举例来说，方法300 可用包含系统100的特征中的一些或全部的电路来执行。在实施例中，方法300完全通过 经耦合以从一个或一个以上单元（例如，系统100的那些单元）接收信号的电路来执行，例 如，其中此电路包含检测器模块120及计数器模块130,但也不包括此些一个或一个以上单 J Li 〇
[0039] 在实施例中，方法300包含（在310处）从一个或一个以上单元的第一单元接收 第一信号，所述一个或一个以上单元各自包含相应源极跟随器晶体管。所述第一单元可包 含第一源极晶体管，其将用作RTS噪声事件的源。所述第一源极跟随器晶体管可包含有助 于对此些RTS噪声事件进行检测的一个或一个以上特性。通过说明而不是限制，所述第一 源极跟随器晶体管的通道可具有一面积，例如等于所述通道的长度与所述通道的宽度的乘 积的横截面面积，其小于或等于一微米。如本文所论述，各种额外或替代源极跟随器晶体管 特性中的任一者可有助于对RTS噪声事件的检测。
[0040] 在320处，方法300可包含响应于所述第一信号的脉冲而指示在第一源极跟随器 晶体管中检测到第一随机电报噪声事件。举例来说，在320处的所述指示可响应于所述脉 冲超过阈值电压电平、电流电平、变化率、持续时间等。在实施例中，所述一个或一个以上单 元可进一步包括包含第二源极跟随器晶体管的第二单元。在此实施例中，方法300可进一 步包括（例如响应于所述第二信号的脉冲）电路逻辑指示在第二源极跟随器晶体管中检测 到第二随机电报噪声事件。
[0041] 方法300可进一步包含（在330处）响应于所指示的对所述第一随机电报噪声事 件的检测而执行第一计数更新。基于在330处执行的第一计数更新，方法300可进一步包 括（在340处）传达与多个随机电报噪声事件对应的数。在也指示了第二源极跟随器晶体 管中的第二随机电报噪声事件的情况下，方法300可进一步包含执行第二计数更新，其中 在340处所述数的传达是进一步基于所述第二计数更新。举例来说，第一计数可通过所述 第一计数更新及所述第二计数更新两者而更新。另外，一个计数可通过所述第一计数更新 而更新，其中某一其它第二计数是通过所述第二计数更新而更新。在实施例中，所述第一计 数更新改变用仅单一计数位存储的计数的值。
[0042] 在实施例中，方法300可进一步包括一个或一个以上操作（未展示），所述操作使 设备（或系统）在多个模式之间转变。所述设备可包含或耦合到一个或一个以上单元。所 述模式可包含（举例来说）用于所述设备或系统产生与多个随机电报噪声事件对应的数的 第一模式。通过说明而不是限制，在此些模式之间的转变可包括将所述设备转变到所述第 一模式，其中包含降低用于第一源极跟随器晶体管的供应电压的电平。替代地或另外，将所 述设备转变到第一模式可包含将所述第一源极跟随器晶体管的栅极端子转变到接地或某 一其它参考电压。在实施例中，所述多个模式进一步包括第二模式，（举例来说）其用于所 述设备用所述一个或一个以上单元捕获图像。
[0043] 图4展示说明根据实施例的待用于产生随机数的信号的元件的时序图400。举例 来说，在时序图400中展示的信号可经由位线115及位线215a，...，215n中的任一者进行 传达。在实施例中，检测器模块120是用于基于此信号而对RTS噪声事件进行检测。举例 来说，时序图400中基于所述信号对RTS噪声事件的检测可用方法300的一个或一个以上 操作来执行。
[0044] 时序图400包含时间轴420及用于电流信号的轴410,所述电流信号是当单元处于 有助于产生随机数的模式下时由所述单元输出。在图4中展示的说明性场景中，所述单元 输出具有在47. 995微安或稍微高于47. 995微安的基线的电流信号。随着时间的过去，归 因于所述单元的源极跟随器晶体管中的RTS噪声事件，此基线电流电平受到扰动。此些扰 动在时序图400中通过说明性脉冲430表示，所述脉冲在此实例中可到达到或超过48. 005 微安。用于时序图400中的脉冲430的基线电流值及各种电流值仅仅是说明性的，且不限 于某些实施例。
[0045] 实施例不同地提供检测逻辑（例如，在检测器模块120中）以不同地发信号通知 RTS噪声事件各自响应于脉冲430中的相应一者的检测。通过说明而不是限制，此检测逻辑 可至少部分基于脉冲430中的一者超过阈值电流（例如说明性的48. 005微安）而发信号 通知RTS噪声事件的检测。RTS噪声事件可在一个或一个以上源极跟随器晶体管中发生， 所述源极跟随器晶体管各自（在一个或一个以上方面）小到足以使此些脉冲430易于被检 测逻辑识别出。在实施例中，一种此类源极跟随器晶体管具有在一（1)平方微米或低于一 (1)平方微米的通道面积。替代地或另外，所述源极跟随器可具有大约5. Onm或更小的栅极 氧化物厚度。然而，此些尺寸中的一些或全部对于不同的实施例可不同，取决于实施特定细 节。
[0046] 在实施例中，源极跟随器晶体管可被置于操作状态下，例如，包含特定栅极端子电 压、供应电压、偏压等，以有助于将脉冲430与基线信号区别开来。通过说明而不是限制，相 较于当源极跟随器晶体管被用于例如图像感测等其它操作时，源极跟随器晶体管的漏极端 子可具有相对低的供应电压电平，例如，VDD设置到0. 2V。
[0047] 图5是说明根据实施例的用于检测RTS噪声事件的检测器电路500的元件的功能 框图。检测器电路500表示检测器模块120的一个可能的实施方案，例如，其中检测器电路 500是图像传感器装置中的至少部分信号读取与处理电路。应明白，检测器电路500仅表示 可（举例来说）对于来自图像传感器的像素阵列的每一位线重复的电路的一个例子。
[0048] 检测器电路500的所说明实施例包含列放大器551以及取样及转换电路532。取 样及转换电路532的所说明实施例包含取样开关505、取样电容器552及列ADC554,其中控 制逻辑（未展示）向检测器电路500提供控制信号S1来控制位线开关505。在一个实施例 中，取样及转换电路532能够进行相关双取样。在这些实施例中，取样及转换电路532可包 含额外取样开关及取样电容器（未说明）以保持黑参考信号以及经取样的噪声信号，用于 检测单一脉冲事件。
[0049] 在取样周期期间，列放大器551可放大来自像素单元（未展示）的模拟信号，且取 样开关505可通过断言控制信号S1而为闭路的，从而将来自像素单元的经放大的模拟信号 奉禹合到取样电容器552。在将来自像素单兀的信号取样到取样电容器552上后，取样开关 505可经由解除断言控制信号S1而开路。在随后的转换周期期间，来自像素单元的经取样 的信号（保持在取样电容器552中）可通过ADC554与参考信号553相比较。举例来说，参 考信号553可包含或否则对应于电压（或电流）的阈值电平，以用于将脉冲430与来自源 极跟随器晶体管的其它信号噪声（例如环境热噪声）区别开来。一旦ADC554完成模/数 转换，RTS噪声事件的所得指示542可从检测器电路500传送到计数器逻辑（未展示），以 用于基于指示542而产生随机数。
[0050] 图6说明根据实施例的成像系统600的元件。成像系统600可包含光学元件 601 (例如，折射、衍射及/或反射光学元件的各种组合中的任一者）及耦合到所述光学元 件的图像传感器602。在实施例中，光学元件601可将图像聚焦到图像传感器602的像素 阵列604中的像素上。像素阵列604可捕获所述图像以供成像系统600的其它电路进行处 理，例如，产生表示所述图像的像素数据。
[0051] 图像传感器602可包括（举例来说）像素阵列604及耦合到所述像素阵列的信号 读取与处理电路610。在一个实施例中，图像传感器602是包含像素阵列604的背侧照明 (BSI)的图像传感器，所述像素阵列具有布置成行606和列608的多个像素。或者，图像传 感器602可为前侧照明（FSI)的图像传感器或结合BSI与FSI的图像传感器。在一个实施 例中，像素阵列604中的一个或一个以上像素可包含如图7中展示的布置。额外地或替代， 像素阵列604中的一个或一个以上像素可包含本文中论述的各种其它像素结构布置中的 任一者。像素阵列604仅为说明性的，且不对某些实施例有限制性。作为说明而不是限制， 像素阵列604可具有各种额外或替代性行及/或列中的任一者。
[0052] 在操作像素阵列604以捕获图像期间，在某一曝光周期期间像素阵列604中的像 素可捕获入射光（即，光子），且将收集到的光子转换为电荷。通过此些像素中的一者产生 的电荷可作为模拟信号读出，例如，其中所述模拟信号的特性（例如其电荷、电压或电流） 可表示在曝光周期期间入射在此像素上的光的强度。
[0053] 此外，在不同的实施例中，像素阵列604可包含彩色图像传感器（例如，包含经设 计以捕获光谱的可见部分中的图像的红色、绿色及蓝色像素）、黑白图像传感器及/或经设 计以捕获光谱的不可见部分（例如红外线或紫外线）中的图像的图像传感器。
[0054] 图像传感器602可包含信号读取与处理电路610。除了别的之外，电路610还可 包含从每一像素有系统地读取模拟信号、对此些信号滤波、纠正有缺陷的像素等等的电路 及逻辑。在电路610仅执行一些读取及处理功能的实施例中，剩余的功能可通过一个或一 个以上其它组件（例如成像系统600的信号调整器612或数字信号处理器（DSP) 616)来执 行。尽管展示为与像素阵列604分离的元件，但在一些实施例中，读取与处理电路610可与 像素阵列604集成在同一衬底上，或可包括嵌入在像素阵列内的电路及逻辑。然而，在其它 实施例中，读取与处理电路610可为在像素阵列604之外的元件。在又其它实施例中，读取 与处理电路610可为不仅在像素阵列604之外而且在图像传感器602之外的元件。
[0055] 成像系统600可包含信号调整器612 (例如耦合到图像传感器602)以接收及调整 来自像素阵列604及/或读取与处理电路610的模拟信号。在不同的实施例中，信号调整 器612可包含用于调整模拟信号的各种组件。可见于信号调整器612中的组件的实例包含 滤波器、放大器、偏移电路、自动增益控制等。在信号调整器612仅包含这些元件中的一些 且仅执行一些调整功能的实施例中，剩余功能可通过一个或一个以上其它组件（例如电路 610或DSP616)来执行。在实施例中，模/数转换器（ADC)614可耦合到信号调整器612以 接收经调整的模拟信号（例如，来自信号调整器612的对应于像素阵列604中的每一像素 的经调整信号），且将这些模拟信号转换成数字值。
[0056] 成像系统600可包含DSP616(例如，耦合到模/数转换器614)以从ADC614接收 经数字化的像素数据且处理所述数字数据以产生最终的数字图像。DSP616可（举例来说） 包含处理器及内部存储器（未展示），其中所述内部存储器可存储及检索数据。在图像被 DSP616处理之后，其可输出到存储单元618 (例如，快闪存储器或光学或磁存储单元）及显 示单元620 (例如LCD屏幕）中的一者或两者。
[0057] 成像系统600可包含或耦合到用于产生随机数的电路（例如，系统100的电路）。 此电路可不同地位于（举例来说）信号读取与处理电路610、信号调整器612、模/数转换 器614中的一者或一者以上中，但某些实施例不限于此。在实施例中，成像系统600可在包 含用于产生图像信息的模式及用于产生随机数的模式的多个模式之间进行转变。
[0058] 图7是说明根据实施例的在像素阵列内的两个四晶体管（"4T"）像素的像素电路 700的电路图。像素电路700可包含一个或一个以上像素，所述像素各自包含单元110的特 征中的一些或全部（举例来说）。应理解，本文描述的实施例不限于4T像素构架；而是，获 益于本发明的所属领域的普通技术人员将理解本教示还可适用于3Τ设计、5Τ设计及各种 其它像素构架。
[0059] 在图7中，像素 Pa及Pb布置成两行及一列。每一像素电路700的所说明实施例 包含光电二极管ro、转移晶体管T1、重置晶体管T2、源极跟随器（"SF"）晶体管T3及选择 晶体管T4。在操作期间，转移晶体管T1可接收转移信号TX，其将光电二极管ro中累积的 电荷转移到浮动扩散节点FD。在一个实施例中，浮动扩散节点FD可耦合到用于暂时存储图 像电荷的存储电容器（未展示）。
[0060] 重置晶体管T2可耦合在电源轨VDD与浮动扩散节点FD之间以在重置信号RST的 控制之下重置像素（例如，对FD及ro放电或充电到预设电压）。浮动扩散节点FD可经耦 合以控制SF晶体管T3的栅极。SF晶体管T3可耦合在电源轨VDD与选择晶体管T4之间。 SF晶体管T3可作为提供到浮动扩散FD的高阻抗连接的源极跟随器而操作。最后，选择晶 体管T4可在选择信号SEL的控制之下选择性地将像素电路700的输出耦合到读出列线。
[0061] 在一个实施例中，举例来说，TX信号、RST信号及SEL信号由信号读取与处理电路 610产生。在像素电路700作为具有全域快门的图像传感器阵列而操作的实施例中，所述全 域快门信号可耦合到整个图像传感器阵列中的每一转移晶体管T1的栅极，例如，为了从每 一像素的光电二极管ro同时开始电荷转移。另外，滚动快门信号可应用于转移晶体管T1 的群。
[0062] 图8说明根据实施例的用于产生随机数的系统800的元件。举例来说，系统800 可包含系统100的特征中的一些或全部。系统800包含像素阵列805 (例如像素阵列604)， 所述像素阵列包括由说明性单元810a、810b、810c、810d表示的多个像素单元。单元810a、 810b、810c、810d中的一些或全部可各自包含电路（例如Pa710或Pb720的电路），但某些 实施例不限于此。
[0063] 系统800可进一步包括检测器模块820以从像素阵列805接收一个或一个以上信 号，且基于此一个或一个以上信号检测一个或一个以上像素单元中的RTS噪声事件。如图 8中所示，像素阵列805的不同单元可经由共同位线耦合到检测器模块820,例如，其中单元 810a、810c共享一个位线且单元810b、810d共享另一位线。
[0064] 响应于从像素阵列805接收到的信号脉冲，检测器模块820可产生指示像素阵列 805的一个或一个以上源极跟随器晶体管中的RTS噪声事件的一个或一个以上输出信号。 此些输出信号可提供到系统800的计数器模块830,例如，其中检测器模块820及计数器模 块830的功能性分别对应于检测器模块120及计数器模块130的功能性。计数器模块830 可包含计数位（未展示）以基于检测器模块820不同地指示像素阵列805中的RTS噪声事 件而存储计数位值。计数器模块830可用此些计数位维持一个或一个以上计数，其中包含 响应于检测器模块820不同地指示对RTS噪声事件的检测而对此一个或一个以上计数执行 更新。基于此一个或一个以上计数，计数器模块830可输出与由检测器模块820检测到的 多个RTS噪声事件对应的数840。
[0065] 在实施例中，系统800可在不同时间在用于产生随机数的第一模式与用于执行一 个或一个以上操作（除了（例如代替）用于产生此随机数的那些操作）的第二模式之间进 行转变。通过说明而不是限制，系统800可进一步包括用于用像素阵列805产生图像信息 的电路，例如成像系统600的电路（例如，包含说明性的取样与保持电路860)。取样与保持 电路860可从用于取样与保持图像数据的多种常规技术及/或机制中的任一者改造而成， 且可不对某些实施例产生限制。
[0066] 系统800可包含或耦合到控制逻辑850 (例如，包含处理器、微控制器、专用集成电 路（ASIC)、状态机等等），以为在不同模式之间转变系统800不同地提供控制信令。此信令 可包含控制逻辑850不同地与计数器模块830、检测器模块820、取样与保持电路860及像 素阵列850中的一些或全部进行通信。举例来说，控制逻辑850可不同地将单元810a、810b、 810c、810d中的一些或全部各自置于用于输出相应信号的状态中，例如时序图400中展不。 响应于控制逻辑850,可重置单元810a (或像素阵列805的某一其它单元），使其光电二极 管停止作用，其浮动扩散节点回到某一基线电压电平、其源极跟随器晶体管回到低功率状 态等等。
[0067] 替代地或另外，控制逻辑850可发信号通知计数器模块830以指示用于一个或一 个以上计数的时间窗的开始、此时间窗的剩余时间，此时间窗的结束等等。替代地或另外， 控制逻辑850可选择性地发信号通知取样与保持电路860及检测器模块820中的一者（例 如，仅一者）将从像素阵列805接收信号、对所述信号进行评估及/或别的处理。举例来说， 控制逻辑可不同地调节到取样与保持电路860及检测器模块820的不同的相应电力递送。 在替代实施例中，控制逻辑850可操作系统800的开关电路（未展示），使取样与保持电路 860及检测器模块820各自在不同时间被不同地耦合到像素阵列805 (或与像素阵列805解 奉禹）。
[0068] 根据不同实施例，像素阵列805中的单元的各种组合中的任一者可有助于产生随 机数。举例来说，可基于仅单个单元中、仅单一行的一些或全部单元（例如，横跨多个位线） 中、仅单一列的一些或全部单元（例如，共享共同位线）中、或横跨像素阵列805的多个行 及列的多个单元中的RTS噪声事件而产生随机数。在实施例中，控制逻辑805可配置像素 阵列805中的单元的多个可能组合中的任一者以有助于产生随机数。
[0069] 图9说明根据实施例的用于产生随机数的系统900的元件。举例来说，系统900 可包含系统100的特征中的一些或全部。在实施例中，系统900包含用于执行方法300的 操作中的一些或全部的电路。系统900包含检测逻辑920以接收各自来自相应单元的信号 910,所述单元包含在或耦合到系统900。通过说明而不是限制，信号910可包含各自来自相 应单元的信号SO, Sl，. . .，S(x-l)的整数X数，其中检测逻辑920的X个ADC电路各自用 于接收信号SO, S1，...，S(x-l)中的相应一者。所展示的整数X仅仅是说明性的，且在另 一实施例中可等于或小于八（8)。
[0070] 检测逻辑920的ADC电路可检测脉冲信号SO, Sl，. . .，S(x-l)，且响应于此些脉 冲而提供信号930以不同地向系统900的计数器逻辑940指示对RTS噪声事件的检测。计 数器逻辑940可包含X个计数位b0, . . .，b (x-1)，其各自用于存储相应二进制值。计数位 b0，. ..，b(x-l)中的一些或全部可各自作为相应单一位计数器而操作，其（举例来说）专用 于检测逻辑920的仅单一 ADC电路。此单一位计数器仅响应于单个ADC电路指示RTS噪声 事件而可在两个值（例如零（0)及一（1))之间触发。在给定时间点，存储在计数位b0，...， b (x-1)内的相应值可通过系统900 -起作为表示随机数的单一输出值而提供。
[0071] 本文描述用于产生随机数的技术及架构。在上文描述中，出于说明的目的，陈述许 多具体细节以提供对某些实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将显而易见，某些 实施例可在没有这些具体细节的情况下实践。在其它例子中，以框图形式展示结构及装置 以避免模糊本说明。
[0072] 在说明书中提及的"一个实施例"或"实施例"意指结合所述实施例描述的特定特 征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处出现的句子"在一个实 施例中"不必全部指代同一实施例。
[0073] 本文详细说明的一些部分是按照对计算机存储器内的数据位的运算的算法及符 号表示来呈现。这些算法的描述及表示是计算机领域的技术人员用以最有效地将他们工作 的实质传达给所述领域的其它技术人员的办法。算法在此且通常构想为导致预期结果的有 条理的步骤序列。所述步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，但非必须的，这些量采 取能够被存储、转移、结合、比较及进行别的操作的电或磁信号的形式。有时将这些信号称 作位、值、元件、符号、字符、术语、数等被证明是方便的（主要出于习惯用法缘故）。
[0074] 然而，应谨记，全部这些或类似术语将要与适当的物理量相关联，且仅仅是应用于 这些量的便利标签。除非另外明确规定，如从本文论述显而易见，应理解贯穿本说明，利用 例如"处理"或"计算"或"运算"或"确定"或"显示"等的术语的论述指代计算机系统、或 类似电子计算装置的动作及处理，所述计算装置操作表示为计算机系统的寄存器及存储器 内的物理（电子）量的数据并将所述数据变换为同样表示为计算机系统存储器或寄存器或 其它此类存储器、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
[0075] 某些实施例还涉及用于执行本文中的操作的设备。此设备可专门构造用于需要的 目的，或其可包括通用计算机，所述计算机由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活 或重新配置。此计算机程序可存储在计算机可读存储媒体中，例如但不限于包含软盘、光 盘、CD-ROM及磁-光盘的任何类型的磁盘、只读存储器（ROM)、随机存取存储器（RAM)(例 如，动态RAM (DRAM)、EPROM、EEPR0M)、磁或光卡或适宜于存储电子指令的任何类型的媒体， 且耦合到计算机系统总线。
[0076] 本文呈现的算法及显示并非固有地涉及任何特定计算机或其它设备。根据本文教 示，各种通用系统可与程序一起使用，或建构更专门的设备以执行需要的方法步骤被证明 是方便的。各种这些系统所需要的结构将在本文描述中看出。另外，某些实施例并未参考 任何特定编程语言描述。将了解，各种编程语言可用于实施如本文描述的此些实施例的教 /_J、1 〇
[0077] 在不脱离本发明范围的情况下，除本文描述的这些之外，可对所揭示的实施例及 其实施方案做出各种修改。因此，本文的说明及实例应解释为说明性的而不是限制性的。本 发明的范围应仅参考所附权利要求书来限定。
【权利要求】
1. 一种设备，其包括： 一个或一个以上单元，其各自包含相应源极跟随器晶体管，其中所述一个或一个以上 单元中的第一单元包含第一源极跟随器晶体管； 检测器模块，其耦合到所述一个或一个以上单元，所述检测器模块包含电路逻辑以从 所述第一单元接收第一信号，且响应于所述第一信号的脉冲来指示对所述第一源极跟随器 晶体管中的第一随机电报噪声事件的检测；及 计数器模块，其耦合到所述检测器模块，所述计数器模块包含电路逻辑以响应于所述 所指示的对所述第一随机电报噪声事件的检测而执行第一计数更新，且基于所述第一计数 更新而传达与多个随机电报噪声事件对应的数。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述第一单元包含像素单元。
3. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包括控制逻辑以使所述设备在第一模式与第 二模式之间转变，所述第一模式用于产生与所述多个随机电报噪声事件对应的所述数。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中所述第二模式是用于用所述一个或一个以上单元 捕获图像。
5. 根据权利要求3所述的设备，其中所述控制逻辑将所述设备转变为所述第一模式， 包含所述控制逻辑将所述第一源极跟随器晶体管的栅极端子转变到第一参考电压。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中所述第一源极跟随器晶体管包含栅极氧化物，其 中所述栅极氧化物的厚度小于或等于五纳米。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或一个以上单元进一步包括包含第二源 极跟随器晶体管的第二单元，所述检测器模块进一步指示对所述第二源极跟随器晶体管中 的第二随机电报噪声事件的检测，且所述计数器模块进一步响应于所述所指示的对所述第 二随机电报噪声事件的检测而执行第二计数更新，其中所述计数器模块进一步基于所述第 二计数更新而传达所述数。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中第一计数是通过所述第一计数更新而更新，且通 过所述第二计数更新而进一步更新。
9. 根据权利要求7所述的设备，其中第一计数是通过所述第一计数更新而更新，且第 二计数是通过所述第二计数更新而更新。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述第一计数仅用单一位存储。
11. 一种方法，其包括： 从一个或一个以上单元中的第一单元接收第一信号，所述一个或一个以上单元各自包 含相应源极跟随器晶体管； 响应于所述第一信号的脉冲，指示对所述第一单元的第一源极跟随器晶体管中的第一 随机电报噪声事件的检测； 响应于所述所指示的对所述第一随机电报噪声事件的检测而执行第一计数更新；及 基于所述第一计数更新，传达与多个随机电报噪声事件对应的数。
12. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在第一模式与第二模式之间转变，所 述第一模式用于产生与所述多个随机电报噪声事件对应的所述数。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第二模式是用于用所述一个或一个以上单 元捕获图像。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中在所述第一模式与所述第二模式之间转变包含 转变到所述第一模式，包含降低所述第一源极跟随器晶体管的供应电压的电平。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一源极跟随器晶体管包含通道，其中所 述通道的总面积小于或等于一微米。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或一个以上单元进一步包括包含第二 源极跟随器晶体管的第二单元，所述方法进一步包括： 指示对所述第二源极跟随器晶体管中的第二随机电报噪声事件的检测；及 响应于所述所指示的对所述第二随机电报噪声事件的检测而执行第二计数更新，其中 传达所述数是进一步基于所述第二计数更新。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中第一计数是通过所述第一计数更新而更新，且 第二计数是通过所述第二计数更新而更新。
18. -种图像传感器，其包括： 包含一个或一个以上像素单元的像素阵列，所述像素单元各自包括相应源极跟随器晶 体管，其中所述一个或一个以上像素单元中的第一像素单元包含第一源极跟随器晶体管； 检测器模块，其耦合到所述一个或一个以上像素单元，所述检测器模块包含电路逻辑 以从所述第一像素单元接收第一信号，且响应于所述第一信号的脉冲来指示对所述第一源 极跟随器晶体管中的第一随机电报噪声事件的检测；及 计数器模块，其耦合到所述检测器模块，所述计数器模块包含电路逻辑以响应于所述 所指示的对所述第一随机电报噪声事件的检测而执行第一计数更新，且基于所述第一计数 更新而传达与多个随机电报噪声事件对应的数。
19. 根据权利要求18所述的图像传感器，其进一步包括控制逻辑以使所述图像传感器 在第一模式与第二模式之间转变，所述第一模式用于产生与所述多个随机电报噪声事件对 应的所述数，所述第二模式用于用所述一个或一个以上像素单元捕获图像。
20. 根据权利要求18所述的图像传感器，其中所述第一源极跟随器晶体管包含栅极氧 化物，其中所述栅极氧化物的厚度小于或等于五纳米。
21. 根据权利要求18所述的图像传感器，其中所述一个或一个以上像素单元进一步包 括包含第二源极跟随器晶体管的第二像素单元，所述检测器模块进一步指示对所述第二源 极跟随器晶体管中的第二随机电报噪声事件的检测，且所述计数器模块进一步响应于所述 所指示的对所述第二随机电报噪声事件的检测而执行第二计数更新，其中所述计数器模块 进一步基于所述第二计数更新而传达所述数，且其中第一计数是通过所述第一计数更新而 更新，且第二计数是通过所述第二计数更新而更新。
【文档编号】H04N5/357GK104113707SQ201310680647
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】多米尼克·马塞提, 陈刚 申请人:全视科技有限公司