一种复合型cmos图像传感器的制造方法
【专利摘要】一种复合型CMOS图像传感器，包括光电二极管(110)、复位MOS管(120)、条件复位MOS管(130)、模式选择MOS管(210)、与二极管连接的MOS管(220)、放大管(410)、行选择MOS管(510)和电流源(610)。
【专利说明】
-种复合型CMOS图像传感器
技术领域
[0001] 本发明设及一种图像传感器，具体设及一种复合型CMOS图像传感器。
【背景技术】
[0002] 图像传感器是图像获取设备的核屯、，是将光学图像转换成电信号图像的半导体器 件，传统的图像传感器分为CCD(电荷禪合器件）图像传感器与M0S图像传感器。当前由于 CMOS图像传感器具有低功耗、高信噪比和高速度等方面的优点而广泛应用。
[0003] 传统的CMOS图像传感器像素部分主要由光电二极管、M0S管、由M0S管构成的放大 器和M0S管开关组成。
[0004] 当前有源式像素结构(APS)为3T型结构，如图1所示，3T型像素单元结构图，其中包 括光电二极管D1，将接收到的光信号转换为电信号。
[0005] 复位晶体管M1，用于在曝光前对所述光电二极管D1进行复位，复位信号由RST信号 控制。当所述复位信号RST为高电平时，Ml漏极接电源VDD，在电源VDD作用下，对所述光电二 极管复位，即清除全部积累的电荷。
[0006] 放大晶体管M2,用作源极跟随器，将所述光电二极管D1产生的电信号进行放大。一 般M2用一个NM0S管，其漏极接电源VDD，源极作为放大信号的输出端。
[0007] 行选择晶体管M3,用于将所述放大器M2的源极输出的放大信号选择性输出。一般 选用一个NM0S，选择控制信号由RS信号控制，其源极接所述放大器M2的源极，所述行选择晶 体管漏极作为输出。
[000引由于动态范围性能对CMOS图像传感器的性能影响愈发严重，如何扩展动态范围成 了当前的热点。目前常用的动态范围扩展技术有多次采样，条件重置，对数扩展，局部曝光 等方法。但是运些方法都处于起步阶段，各种方法都有各自的弊端，因而，没有一种技术能 够有绝对的优势。
[0009] 现有的CMOS图像传感器存在W下问题：
[0010] 1、光电二极管感光限制，在弱光调节下，图像传感器无法探测；
[0011] 2、针对条件重置技术，多次复位增加了功耗；
[0012] 3、针对对数响应技术，其信噪比低，固定模式噪声影响大。
【发明内容】
[0013] 针对CMOS图像传感器所遇到的上述问题，本发明提供了一种复合型CMOS图像传感 器，其中包括光电二极管（110)、复位M0S管（120)、条件复位M0S管（130)、模式选择M0S管 (210)、与二极管连接的M0S管(220)、放大管(410)、行选择M0S管(510)和电流源(610)。
[0014] 其中，所述光电二极管（110)的正极接地，负极接所述复位M0S管（120)的源极，所 述光电二极管（110)作为感光器件。
[0015] 所述复位M0S管（120)用于在曝光前对所述光电二极管（110)进行复位，所述复位 M0S管（120)的漏极接电源VDD，栅极接复位信号RST，源极接所述光电二极管（110)的负极。
[0016]所述条件复位MOS管（130)用于在弱光调节下进行条件重置，所述条件复位MOS管 (130)的漏极接电源VDD，栅极接条件重置信号CRST，源极接所述光电二极管（110)的负极。 [0017]所述模式选择M0S管(210)用于进行开关选择，所述模式选择M0S管(210)的漏极接 电源V孤，栅极接模式选择信号化0G，源极接所述与二极管连接的M0S管(220)的漏极。
[0018] 所述与二极管连接的M0S管(220)用于在中强光下实现对数响应，所述与二极管连 接的M0S管(220)的漏极和栅极相连，源极接所述光电二极管（110)的负极。
[0019] 所述放大管(410)用于将感应的电荷进行放大并且转移成电压信号，其栅极的寄 生电容用于存储电荷，所述放大管(410)的漏极接电源VDD，栅极接接所述光电二极管（110) 的负极，源极接所述行选择M0S管(510)的漏极。
[0020] 所述行选择M0S管（510)用于对像素进行选择输出，所述行选择M0S管（510)，的漏 极接所述放大管(410)的源极，栅极接行选择信号RS，源极做输出。
[0021] 所述电路源(610)的漏极接输出，栅极接偏置电压信号，源极接地。
[0022] 优选地，所述复合型CMOS图像传感器还包括设置在所述光电二极管（110)和所述 放大管(410)之间的辅助光电二极管(310)，所述辅助光电二极管(310)的负极接所述光电 二极管（110)的负极，所述辅助光电二极管(310)的正极接所述放大管(410)的栅极。
[0023] 优选地，所述光电二极管（110)为感光PN结或者P inned光电二极管。
[0024] 优选地，所述辅助光电二极管(310)为感光PN结或者Pinned光电二极管。
[0025] 优选地，本发明的另一个方面是整个电路的实现均可W由标准CMOS工艺片内实 现，通过控制电路进行智能选择策略，在整个应用范围内扩展CM0姻像传感器的动态范围。
[0026] 本发明还提供了一种复合型CMOS图像传感器的控制方法，在弱光条件下进行条件 重置模式;在中强光条件下，对像素进行周期性的单管和双管交替工作模式，控制信号化0C 与RST信号反相，在一个积分周期内，实现一次单管对数和一次双管对数响应。
[0027] 本发明提供的结构，通过调节控制信号，可W在Ξ种模式下工作，分别为条件重置 有源像素、单管对数有源像素和双管对数有源像素。由于对数响应技术在弱光下的灵敏度 低，故在弱光调节下实现条件重置有源像素;在中强光条件下对像素进行周期性的单管和 双管交替工作模式，因此运种像素结构称为复合型对数有源像素，其工作模式如表1所示。
[0028] 表1复合型CMOS图像传感器工作模式 Γ00291
[0030]本发明的复合型CMOS图像传感器具有如下技术效果：
[0031 ] 1、通过调节控制信号可W实现Ξ种工作模式，充分发挥各个模式的优势，分段提 供动态范围；
[0032] 2、利用复合型的结构，可W降低图像传感器的功耗；
[0033] 3、改进了对数有源像素在弱光下灵敏度低，消除了图像传感器中固定模式噪声。
【附图说明】
[0034] 图1为传统CMOS图像传感器结构示意图；
[0035] 图2为本发明的复合型CMOS图像传感器结构示意图；
[0036] 图3为本发明的复合型CMOS图像传感器主要工作时序图；
【具体实施方式】
[0037] 本发明提供的复合型CMOS图像传感器一种【具体实施方式】由图2所示，其中包括光 电二极管110、复位M0S管120、条件复位M0S管130、模式选择M0S管210、与二极管连接的M0S 管220、放大管410、行选择M0S管510和电流源610组成。
[0038] 所述光电二极管110,可W是感光PN结或者Pinned光电二极管，正极接地，负极接 复位M0S管120的源极，其作用是感光器件。
[0039] 所述复位M0S管120,可W是醒0S管，用于在曝光前对所述光电二极管110进行复 位，复位M0S管120的漏极接电源VDD，栅极接复位信号RST，源极接所述光电二极管110的负 极。
[0040] 所述条件复位M0S管130,可W是醒0S管，用于在弱光调节下进行条件重置，所述条 件复位M0S管130的漏极接电源VDD，栅极接条件重置信号CRST，源极接所述光电二极管110 的负极。
[0041] 所述模式选择M0S管210，可W是醒0S管，用于进行开关选择，所述模式选择M0S管 210的漏极接电源VDD，栅极接模式选择信号化0G，源极接所述与二极管连接的M0S管220的漏 极。
[0042] 所述与二极管连接的M0S管220,可W是醒0S管，用于在中强光下实现对数响应，所 述与二极管连接的M0S管220的漏极和栅极相连，源极接所述光电二极管110的负极。
[0043] 所述的放大管410,可W是NM0S管，为了将感应的电荷进行放大并且转移成电压信 号，其栅极的寄生电容还起到存储电荷的作用，410的漏极接电源VDD，410的栅极接接所述 光电二极管110的负极，源极接所述行选择M0S管510的漏极。
[0044] 所述的行选择M0S管510,可W是醒0S管，为了对像素进行选择输出，其漏极接所述 放大管410的源极，栅极接行选择信号RS，源极做输出。
[0045] 所述的电路源610,可W是一个NM0S管，其漏极接输出，栅极接偏置电压信号，源极 接地。
[0046] 研究人员发现在光电二极管上再串联一个光电二极管可W增加对光强的采集效 率，因此，本发明的复合型CMOS图像传感器还包括设置在所述光电二极管110和所述放大管 410之间的辅助光电二极管310,所述辅助光电二极管310的负极接所述光电二极管110的负 极，所述辅助光电二极管310的正极接所述放大管410的栅极。
[0047] 所述辅助光电二极管310可W是感光PN结或者Pinned光电二极管。
[0048] 本发明提供的复合型CMOS图像传感器，在弱光条件下进行条件重置模式，其时序 图在此不作寶述，在单管对数和双管对数切换模式下的主要的工作时序图由图3所示，控制 信号化0G与RST信号反相，在一个积分周期内，实现一次单管对数和一次双管对数响应。
[0049] 本发明不限于运里所述的特定实施例，对本工程领域的技术人员来说能够基于本 发明思想进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，W上 实施例只是对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于W上实施例，在不脱 离本发明构思的情况下，还可w包括更多其他等效实施例。
【主权项】
1. 一种复合型CMOS图像传感器，包括光电二极管（110)、复位MOS管（120)、条件复位MOS 管（130)、模式选择M0S管（210)、与二极管连接的M0S管（220)、放大管（410)、行选择M0S管 (510)和电流源(610)，其特征在于： 所述光电二极管（110)的正极接地，负极接所述复位M0S管（120)的源极，所述光电二极 管（110)作为感光器件； 所述复位M0S管（120)用于在曝光前对所述光电二极管（110)进行复位，所述复位M0S管 (120)的漏极接电源VDD，栅极接复位信号RST，源极接所述光电二极管（110)的负极； 所述条件复位M0S管（130)用于在弱光调节下进行条件重置，所述条件复位M0S管（130) 的漏极接电源VDD，栅极接条件重置信号CRST，源极接所述光电二极管（110)的负极； 所述模式选择M0S管(210)用于进行开关选择，所述模式选择M0S管(210)的漏极接电源 VDD，栅极接模式选择信号VLQG，源极接所述与二极管连接的M0S管(220)的漏极； 所述与二极管连接的M0S管（220)用于在中强光下实现对数响应，所述与二极管连接的 M0S管(220)的漏极和栅极相连，源极接所述光电二极管（110)的负极； 所述放大管(410)用于将感应的电荷进行放大并且转移成电压信号，其栅极的寄生电 容用于存储电荷，所述放大管(410)的漏极接电源VDD，栅极接接所述光电二极管（110)的负 极，源极接所述行选择M0S管(510)的漏极； 所述行选择M0S管（510)用于对像素进行选择输出，所述行选择M0S管（510)，的漏极接 所述放大管(410)的源极，栅极接行选择信号RS，源极做输出； 所述电路源(610)的漏极接输出，栅极接偏置电压信号，源极接地。2. 根据权利要求1所述的复合型CMOS图像传感器，其特征在于:所述复合型CMOS图像传 感器还包括设置在所述光电二极管（110)和所述放大管（410)之间的辅助光电二极管 (310)，所述辅助光电二极管(310)的负极接所述光电二极管（110)的负极，所述辅助光电二 极管(310)的正极接所述放大管(410)的栅极。3. 根据权利要求1或2所述的复合型CMOS图像传感器，其特征在于：所述光电二极管 (110)为感光PN结或者Pinned光电二极管。4. 根据权利要求2所述的复合型CMOS图像传感器，其特征在于:所述辅助光电二极管 (310)为感光PN结或者Pinned光电二极管。5. -种如权利要求1-4中任一项所述的复合型CMOS图像传感器的控制方法，在弱光条 件下进行条件重置模式;在中强光条件下，对像素进行周期性的单管和双管交替工作模式， 控制信号Vuk与RST信号反相，在一个积分周期内，实现一次单管对数和一次双管对数响应。
【文档编号】H04N5/365GK106060433SQ201610559996
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】王海英, 刘强
【申请人】王海英