5.闭合第一行行选晶体管M5和行选开关M9，在t3时刻同时读取高低增益信号电压(行选晶体管M5输出电压为高增益信号电压，行选开关M9输出电压为低增益信号电压)；闭合第一行开关晶体管M2，闭合第一行复位晶体管M3。
[0087]6.重复以上过程，逐行读取整帧的高低增益信号电压。
[0088]7.在片外进行相关双采样数据处理，低增益复位电压与低增益信号电压相减，高增益复位电压与高增益信号电压相减，得到两帧不同增益的有效信号。通过相关双采样，消除了复位噪声，降低了传统全局快门图像传感器较高的暗噪声。
[0089]本实施例与实施例1不同之处是，像素有两个电压输出端，可以同时闭合行选晶体管M5和行选开关M9，于t2时刻，同时读取高低增益复位电压，于t3时刻，同时读取高低增益信号电压。通过该电路和时序，可以提高数据读取速度，提高图像传感器帧率。
[0090]对于本实施例的像素架构，也可以设置FD的存储容量大于存储电容Cl，则存储电容Cl为高增益电荷存储区，H)为低增益电荷存储区。在帧转移时，需要先闭合第二电荷转移控制晶体管M6，转移高增益电荷至Cl中，然后闭合第一电荷转移控制晶体管M1，转移低增益电荷至H)中。在读出时，像素输出电压I为低增益信号电压，像素输出电压2为高增益信号电压。
[0091 ] 实施例4
[0092]本实施例的双转移栅高动态图像传感器像素架构与实施例1的区别在于，开关晶体管M2位于存储电容Cl与浮置扩散区FD之间，存储电容Cl的另一端接地电位，复位晶体管的源极直接接浮置扩散区FD。
[0093]本实施例的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法与实施例1相同。
[0094]本发明不限于以上像素架构及控制时序，只要可以通过依次闭合两个转移控制栅TX，将积分电荷依次转移至浮置扩散区FD和存储电容Cl中，实现高动态全局快门控制方法，即在本发明意图保护范围之内。
【主权项】
1.一种双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，其特征在于包括下述步骤: 1)开始曝光前闭合各像素复位晶体管(M3)和开关晶体管(M2)，使浮置扩散区(FD)接电源电压，然后控制全局栅晶体管(M7)闭合再断开使所有像素的光电二极管(PD)同时复位并开始曝光； 2)经过一段曝光时间后，闭合第一行行选晶体管(M5)，断开第一行复位晶体管(M3)，读取该行低增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5); 3)闭合第二行行选晶体管(M5)，断开第二行复位晶体管(M3)，读取该行低增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5); 4)重复以上过程，逐行读取整帧的低增益复位电压； 5)闭合第一行行选晶体管(M5)，断开第一行开关晶体管(M2)，读取该行高增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5); 6)重复以上过程，逐行读取整帧的高增益复位电压； 7)控制所有像素的第一电荷转移控制晶体管(Ml)闭合，将光电二极管(PD)中的积分电荷转移至浮置扩散区(FD)中，然后闭合所有像素的第二电荷转移控制晶体管(M6)，将光电二极管(PD)中剩余的电荷转移至存储电容(Cl)中，曝光结束;然后断开第一电荷转移控制晶体管(Ml)和第二电荷转移控制晶体管(M6)，使积分电荷在浮置扩散区(FD)和存储电容(Cl)中存储，等待被逐行读出； 8)闭合第一行行选晶体管(M5)，读取该行高增益信号电压，闭合开关晶体管(M2)，断开该行行选晶体管(M5)； 9)重复以上过程，逐行读取整帧的高增益信号电压； 10)闭合第一行行选晶体管(M5)，读取该行低增益信号电压，闭合复位晶体管(M3)，断开该行行选晶体管(M5)； 11)重复以上过程，逐行读取整帧的低增益信号电压； 所述双转移栅高动态图像传感器像素包括全局栅晶体管(M7)、光电二极管(PD)、第一电荷转移控制晶体管(M1)、复位晶体管(M3)、开关晶体管(M2)、缓冲放大器(M4)和行选晶体管(M5)，第二电荷转移控制晶体管(M6);光电二极管(PD)负极通过图像传感器的全局栅晶体管(M7)与复位电压(VD3)相连，并通过第一电荷转移控制晶体管(Ml)与浮置扩散区(FD)连接;光电二极管(PD)负极通过第二电荷转移控制晶体管(M6)与存储电容(Cl)的正极连接，浮置扩散区(FD)通过开关晶体管(M2)与存储电容(CI)的正极连接，存储电容(CI)的负极接电源地或任意稳定电源电位；同时浮置扩散区(FD)通过缓冲放大器(M4)与行选晶体管(M5)连接。2.根据权利要求1所述的双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，其特征在于所述复位晶体管(M3)的漏极接电源电压，源极接存储电容(Cl)的正极。3.根据权利要求1所述的双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，其特征在于所述复位晶体管(M3)的漏极接电源电压，源极接浮置扩散区(FD)。4.双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，其特征在于包括下述步骤: I)开始曝光前闭合各像素复位晶体管(M3)和开关晶体管(M2)，使浮置扩散区(FD)接电源电压，然后控制全局栅晶体管(M7)闭合再断开使所有像素的光电二极管(PD)同时复位并开始曝光； 2)经过一段曝光时间后，首先闭合第一行行选晶体管(M5)和行选开关(M9)，断开第一行复位晶体管(M3)，然后断开第一行开关晶体管(M2);同时通过行选晶体管(M5)和行选开关(M9)分别读取高、低增益复位电压;然后断开第一行行选晶体管(M5)和行选开关(M9); 3)重复以上过程，逐行读取整帧的高、低增益复位电压； 4)控制所有像素的第一电荷转移控制晶体管(Ml)闭合，将光电二极管(PD)中的积分电荷转移至浮置扩散区(FD)中，然后闭合所有像素的第二电荷转移控制晶体管(M6)，将光电二极管(PD)中剩余的电荷转移至存储电容(Cl)中，曝光结束，然后断开第一电荷转移控制晶体管(Ml)和第二电荷转移控制晶体管(M6)，积分电荷在浮置扩散区(FD)和存储电容(Cl)中存储，等待被逐行读出； 5)闭合第一行行选晶体管(M5)和行选开关(M9)，同时通过行选晶体管(M5)和行选开关(M9)分别读取高、低增益信号电压；闭合第一行开关晶体管(M2)，闭合第一行复位晶体管(M3); 6)重复以上过程，逐行读取整帧的高、低增益信号电压； 所述双转移栅高动态图像传感器像素包括全局栅晶体管(M7)、光电二极管(PD)、第一电荷转移控制晶体管(M1)、复位晶体管(M3)、开关晶体管(M2)、缓冲放大器(M4)、行选晶体管(M5)、第二电荷转移控制晶体管(M6)、源跟随器晶体管(M8)、行选开关(M9);光电二极管(PD)负极通过图像传感器的全局栅晶体管(M7)与复位电压(VD3)相连，并通过第一电荷转移控制晶体管(Ml)与浮置扩散区(FD)连接;光电二极管(PD)负极通过第二电荷转移控制晶体管(M6)与存储电容(Cl)的正极连接，浮置扩散区(FD)通过开关晶体管(M2)与存储电容(Cl)的正极连接，存储电容(Cl)的负极接电源地或任意稳定电源电位；同时浮置扩散区(FD)通过缓冲放大器(M4)与行选晶体管(M5)连接;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压，源极接存储电容(Cl)的正极;源跟随器晶体管(M8)的栅极接存储电容(Cl)的正极，漏极接电源电压(VD4)，源极接行选开关(M9)。
【专利摘要】本发明涉及一种双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，该方法如下：在开始曝光前控制全局栅晶体管闭合再断开使所有像素的光电二极管同时复位并开始曝光；经过一段曝光时间后，读取整帧的低、高增益复位电压；控制所有像素的电荷转移控制晶体管闭合，使得所有像素同时截止曝光；读取整帧的高、低增益信号电压。在片外进行相关双采样数据处理，得到两帧不同增益的有效信号。本发明所有像素同时开始曝光，同时截止曝光，经过一次信号转移，在浮置扩散区和存储电容中得到不同增益信号，两个信号在像素内进行存储，等待被逐行读取，完成全局快门。该控制方法所有像素起止曝光时间相同，在拍摄高速移动物体时，画面不会失真。
【IPC分类】H04N5/359, H04N5/357, H04N5/363, H04N5/355
【公开号】CN105681690
【申请号】CN201610135783
【发明人】王欣洋, 马成, 周泉
【申请人】长春长光辰芯光电技术有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月10日...