转换增益可调的像素单元结构及其信号采集方法_2

文档序号:9399544阅读:来源:国知局
复位管M2的漏极接复位电压Vreset、栅极接第一控制信号Vrst;
[0030]传输管Ml的漏极连接感光二极管ro的阴极、栅极连接传输控制信号V?;
[0031]变容二极管Dl的阴极与源跟随器M3的栅极相连、阳极连接第二控制信号Vctrl。在第一控制信号Vrst置高时将悬浮节点FD的电压拉高至复位电压Vreset,从而对悬浮节点FD的电荷进行清空和复位,复位电压Vreset经源跟随器M3输出。当第一控制信号Vrst置低而信号Vtc置高时,传输管Ml打开,感光二极管F1D转换的模拟电信号的信号电压传输至悬浮节点FD,再经源跟随器M3输出,两次输出值之差即为像素单元结构的输出像素信号。在本实施例中,信号读取电路不包括行选择器,源跟随器M3作为像素单元结构的输出端,但在其他实施例中,也可包括行选择器。如果信号读取电路包括行选择器,则将行选择器的漏极连接源跟随器的源极、栅极连接行选通信号、源极作为像素单元结构的输出端。
[0032]需要注意的是,通过调节变容二极管Dl的电容值,就能够调节悬浮节点FD处的等效寄生电容,进而调节像素单元结构将光信号转换为电信号的转换增益。而由像素单元结构的特性可知,在相同条件下,悬浮节点FD的等效寄生电容越大则像素单元结构的转换增益越小,即像素单元结构的转换增益与控制电压Vctrl的大小成反比。因此,通过调节第二控制信号Vctrl,能够有效调节变容二极管的电容值,从而最终调节像素单元结构的光电转换增益。
[0033]接下来将结合图3对本发明像素单元结构的信号采集方法加以说明。
[0034]如图3所示,首先,将控制信号Vts和V RST上升至高电平,传输管Ml和复位管M2导通,将复位电压Vreset置为高电平,使得悬浮节点FD与复位电压Vreset相连,对悬浮节点FD电荷进行清空和复位。
[0035]然后将Vrc信号置为低电平以关断传输管,将复位电压Vreset置为低电平,像素单元结构根据积分时间开始曝光。在积分时间结束后,即曝光完毕后,重新将复位电压置为高电平,复位电压Vreset输出。
[0036]接下来,控制信号Vrst置为低电平以关断复位管,此时可通过像素后级采样电路对复位电压进行采样。然后,将控制信号Vtc上升至高电平后再次置低,即传输管Ml打开后关闭,从而将感光二极管转换的电信号的信号电压Vsignal传递至悬浮节点FD,再输出至像素单元结构的输出端,同样的可由像素后级采样电路对信号电压进行采样,复位电压Vreset与信号电压Vsignal之差即为该像素单元的像素信号。
[0037]综上所述,本发明的像素单元结构能够对光电转换增益进行实时调节。
[0038]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已,并非用以限定本发明,本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰,本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种转换增益可调的像素单元结构,其特征在于,包括: 感光二极管,用于将接收的光信号转换为电信号; 信号读取电路,与所述感光二极管相连,其包括传输管、复位管、源跟随器和变容二极管,所述传输管的漏极、所述源跟随器的栅极以及所述复位管的源极连接于悬浮节点;所述复位管的漏极连接复位电压、其栅极连接第一控制信号;所述变容二极管的阴极与所述源跟随器的栅极相连、阳极连接第二控制信号,用于改变所述悬浮节点的等效寄生电容以调节所述光信号转换为电信号的转换增益。2.根据权利要求1所述的像素单元结构,其特征在于,所述感光二极管为钉扎光电二极管,其阴极与所述传输管的漏极相连。3.根据权利要求1或2所述的像素单元结构,其特征在于,所述信号读取电路还包括行选择器,所述行选择器的漏极连接所述源跟随器的源极、其栅极连接行选通信号、其源极作为所述像素单元结构的输出端。4.一种利用如权利要求1所述的转换增益可调的像素单元结构的信号采集方法,其特征在于,包括: 步骤S1:通过所述信号读取电路读取所述复位电压并输出; 步骤S2:通过所述信号读取电路读取经所述感光二极管光电转换后的电信号的信号电压并输出。5.根据权利要求4所述的信号采集方法,其特征在于,所述步骤SI包括: 步骤Sll:开启所述复位管及所述传输管,将所述复位电压置为高电平,对所述悬浮节点进行电荷清空和复位; 步骤S12:关断所述传输管,将所述复位电压置为低电平,使所述像素单元结构开始曝光; 步骤S13:曝光完毕后,将所述复位电压置为高电平对所述悬浮节点充电,并将所述复位电压传输至所述像素单元结构的输出端。6.根据权利要求4所述的信号采集方法,其特征在于,所述步骤S2包括: 步骤S21:关断所述复位管; 步骤S22:开启所述传输管后关断,将经所述感光二极管转换的电信号的信号电压传输至所述悬浮节点后再传递至所述像素单元结构的输出端。7.根据权利要求4所述的信号采集方法,其特征在于,所述信号读取电路还包括行选择器,所述行选择器的漏极连接所述源跟随器的源极、其栅极连接行选通信号、其源极作为所述像素单元结构的输出端;所述信号读取电路通过所述行选择器的源极输出所述复位电压和所述信号电压。
【专利摘要】本发明公开了一种像素单元结构,包括感光二极管和信号读取电路。所述信号读取电路包括传输管、复位管、源跟随器和变容二极管,所述传输管的漏极、所述源跟随器的栅极以及所述复位管的源极连接于悬浮节点;所述复位管的漏极连接复位电压、其栅极连接第一控制信号;所述变容二极管的阴极与所述源跟随器的栅极相连、阳极连接第二控制信号,用于改变所述悬浮节点的等效寄生电容以调节所述光信号转换为电信号的转换增益。
【IPC分类】H04N5/355
【公开号】CN105120186
【申请号】CN201510589836
【发明人】任铮, 戚继鸣, 赵宇航, 李琛, 温建新
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司, 成都微光集电科技有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月16日
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