本发明一般来说涉及图像传感器，且特定来说而不排他地涉及图像传感器中的迟滞减少，例如，预充电升压。
背景技术：
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直继续快速地进展。举例来说，较高分辨率及较低功率消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化及集成。
由图像传感器捕获的图像中的噪声可显现为白点(举例来说)以及其它噪声图案。所述白点可由像素之间的势垒高度的变化导致，且可归因于在预充电之后仍然在所述像素的光电二极管中的电子。所述电子也可将迟滞引入于预充电操作中且影响所述像素的全阱容量。如此，可期望减少白点噪声及辅助预充电迟滞且减少全阱容量。
技术实现要素：
在一个方面中，本申请案提供一种图像传感器像素，其包括：光电二极管，其用以接收图像光且作为响应而产生图像电荷；浮动扩散部，其用以接收所述图像电荷；传送栅极，其用以响应于传送控制信号而将所述光电二极管耦合到所述浮动扩散部；复位栅极，其用以响应于复位控制信号而将复位电压耦合到所述浮动扩散部；及升压电容器，其耦合在所述浮动扩散部与升压电压源之间，其中在预充电操作期间，在启用所述传送栅极的时间的一部分内且在停用所述复位栅极时将所述升压电压提供到所述升压电容器。
在另一方面中，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含多个像素，其中每一像素包括：光电二极管，其用以接收图像光且作为响应而产生图像电荷；浮动扩散部，其用以接收所述图像电荷；传送栅极，其用以响应于传送控制信号而将所述光电二极管耦合到所述浮动扩散部；复位栅极，其用以响应于复位控制信号而将复位电压耦合到所述浮动扩散部；及升压电容器，其耦合在所述浮动扩散部与升压电压源之间；以及控制电路，其经耦合以控制所述像素阵列且至少提供所述传送及复位控制信号，其中在预充电操作期间，所述控制电路致使在由所述控制电路提供所述传送栅极控制信号的时间的一部分内将所述升压电压提供到所述升压电容器。
在另一方面中，本申请案提供一种用于将图像传感器预充电的方法，所述方法包括：启用复位栅极以将复位电压耦合到图像传感器像素的浮动扩散部；启用传送栅极以将所述图像传感器像素的光电二极管耦合到所述浮动扩散部；停用所述复位栅极以将所述复位电压与所述浮动扩散部解耦；及将升压电压以电容方式耦合到所述浮动扩散部，其中所述升压电压增加所述浮动扩散部的预充电电压。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号是指相似部件。
图1图解说明根据本发明的实施例的成像系统的一个实例。
图2是根据本发明的实施例的像素的实例性示意图。
图3是根据本发明的实施例的实例性时序图。
贯穿图式的数个视图，对应元件符号指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本发明的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。而且，通常不描绘商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻碍的观看。
具体实施方式
本文中描述用于图像传感器的预充电升压的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必全部是指同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
贯穿本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属技术中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，si与硅)；然而，其两者具有相同含义。
图1图解说明根据本发明的实施例的成像系统100的一个实例。成像系统100包含像素阵列102、控制电路104、读出电路106及功能逻辑108。在一个实例中，像素阵列102是光电二极管或图像传感器像素110(例如，像素p1、p2…、pn)的二维(2d)阵列。如所图解说明，光电二极管被布置成若干行(例如，行r1到ry)及若干列(例如，列c1到cx)以获取人、地点、物体等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人、地点、物体等的2d图像。然而，所述光电二极管未必布置成若干行及若干列且可呈现其它配置。
在一个实例中，在像素阵列102中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路106读出并接着被传送到功能逻辑108。读出电路106可经耦合以从像素阵列102中的多个光电二极管读出图像数据。在各种实例中，读出电路106可包含放大电路、模/数(adc)转换电路或其它。功能逻辑108可仅仅存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在一个实施例中，读出电路106可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所图解说明)或可使用多种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。
在一个实例中，控制电路104耦合到像素阵列102以控制像素阵列102中的多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路104可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是用于同时启用像素阵列102内的所有像素110以在单个获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号使得在连续获取窗期间顺序地启用像素的每一行、列或群组。一般来说，本发明可适用于任何类型的图像传感器。
在一个实例，在获取图像数据(例如，集成)之前，可使像素阵列102的像素110复位。在复位期间且在集成之前，可将像素110的光电二极管(pd)及相关联浮动扩散部(fd)预充电以将pd及fd驱动到参考电压。参考电压到pd及fd的耦合可完全地耗尽电子的那些组件以避免将不想要的噪声引入到图像中。在一些实施例中，参考电压针对pd及fd可为相同的，但在其它实施例中，可将pd及fd驱动或复位到不同参考电压。预充电电压可另外增加像素的全阱容量，使得更多图像电荷可并入到图像数据中。在一些实施例中，fd及pd可在预充电操作期间耦合到升压电压。升压电压可增加至少在fd上的电压，此可阻止fd上的电压在读出操作期间发生不合意损耗。举例来说，在读出期间fd上的电压损耗可将迟滞引入到由成像系统100获取图像数据中。
在一个实例中，成像系统100可包含在数码相机、移动电话、膝上型计算机等中。另外，成像系统100可耦合到其它硬件，例如处理器(通用或其它的)、存储器元件、输出(usb端口、无线发射器、hdmi端口等)、照明/闪光灯、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪垫、鼠标、麦克风等)及/或显示器。其它硬件可将指令递送到成像系统100、从成像系统100提取图像数据或操纵由成像系统100供应的图像数据。
图2是根据本发明的实施例的像素210的实例性示意图。像素210可仅仅为像素阵列102的像素110的一个实例。像素210的所图解说明实施例包含pd212、传送栅极222、fd214、复位栅极220、升压电容器cboost、源极跟随器(sf)晶体管218、行选择晶体管216。在一些实施例中，像素210可至少通过行选择晶体管216耦合到位线。虽然仅一个pd212在像素210中经展示，但多个pd212可耦合到fd214。举例来说，多达四个pd212可包含在像素210中。然而，包含在像素210中的pd212的数目为本发明的非限制性方面。
pd212可耦合在接地与传送栅极222的端子之间。响应于图像光，pd212可产生图像电荷。传送栅极222可经耦合以在栅极端子上接收传送控制信号tx。tx信号可由控制电路(例如控制电路104)提供。tx信号可启用/停用传送栅极222。在经启用时，传送栅极222可将pd212耦合到fd214，且在经停用时使pd212与fd214解耦。举例来说，当启用传送栅极222时可将来自pd212的图像电荷提供到fd214。
fd214可为安置在能够存储从pd212传送的图像电荷的硅衬底中的节点。在一些实施例中，fd214为耦合到接地的块体电容阱。fd214可耦合到传送栅极222、复位栅极220、sf晶体管218的栅极端子及升压电容器cboost。复位栅极220可经耦合以在栅极端子上接收复位信号rst。rst信号可将fd214耦合到复位电压vreset/将fd214与复位电压vreset解耦，且可由控制电路提供。在一些实施例中，vreset可为avdd。在其它实施例中，vreset及avdd可为不同电压。vreset及avdd的实例包含针对vreset的3.3或3.6伏特及针对avdd的2.8伏特。在其中vreset及avdd相同的实施例中，vreset及avdd可为2.8伏特。
升压电容器cboost可耦合在fd214与电压参考源之间。电压参考源可提供参考电压vboost。在一些实施例中，vboost可大于vreset及/或avdd。在一些实施例中，vboost可介于从0伏特到2.8伏特的范围内，但在其它实施例中可为高达3.6伏特。vboost可经由控制电路耦合到或提供到cboost。
sf218可耦合在第二参考电压(例如vdd)与行选择晶体管216之间。行选择晶体管216可经耦合以在栅极处接收行选择信号rs，所述栅极可将sf218耦合到位线。rs信号也可由控制电路提供。fd214上的电荷/电压可使sf218接通适当量以将对应电压提供到位线(在启用行选择晶体管216时)。对应电压可表示fd214上的图像电荷。一般来说，sf218将图像电荷转换为图像数据。
图3是根据本发明的实施例的实例性时序图325。时序图325可用于图解说明像素210的实例性操作。在时序图325中展示控制信号tx、rst及fdboost，且信号的改变表示逻辑或电压改变。在一些实施例中，举例来说，控制电路104提供时序图325中所展示的控制信号。
时序图325展示成像系统(例如成像系统100)的预充电操作，其中在读出操作之前将像素阵列102的像素110预充电。预充电操作可将像素设定到基线电压/电荷电平，使得图像数据可表示图像光。预充电操作可在读出操作之前将fd214及pd212耦合到参考电压以移除任何自由电子。自由电子的移除可将fd212及pd214驱动到基极电压。
在时间tl处，rst控制信号转变为高。因此，启用复位晶体管220，且fd214耦合到复位电压vreset。将fd214耦合到vreset会使fd214的电压增加到vreset且还移除可存储于fd214上的任何自由电子。
在时间t2处，tx信号转变为高，此可致使启用传送栅极222。启用传送栅极222可将pd212耦合到fd214。另外，由于仍启用复位栅极220，因此pd212耦合到vreset。因此，可将pd212驱动到vreset的电压且可移除任何自由电子，例如，pd212上的电荷可传送到电压源从而提供vreset。在一些实施例中，主要电荷传送可发生在tx信号的上升边缘上。在时间t3处，rst控制信号转变为低，从而引起复位栅极220的停用。然而，tx信号仍为高，此可致使fd214与pd212保持耦合。
在时间t4处，fdboost信号转变为高，此可致使vboost经由升压电容器cboost以电容方式耦合到fd214。因此，可使fd214升压(例如，增加)达电压vboost，且由于仍启用传送栅极222，因此可同样地使pd212升压达vboost。fd214电压达vboost(在一些实施例中，其可为大约0.2伏特或高达但不限于1.2伏特)的额外增加可减少将pd212及fd214完全地预充电的时间。另外，通过使至少在fd214上的电压升压，例如，使fd214电压升压达vboost，可限制或阻止可在读出时发生的在fd214上的电势损耗。在不应用本vboost发明的情况下，当在读出之前关断复位栅极220时，fd214电压将由于复位栅极220与fd之间的寄生耦合而减小。fd214上的此电压损耗可为大约0.3v且可增加图像传感器的迟滞。
在时间t5处，tx信号转变为低，此可致使停用传送栅极222。然而，fdboost信号仍可为高的，使得vboost保持以电容方式耦合到fd214。如此，fd214可甚至在复位信号转变为低之后保持升压到vreset加vboost。在时间t6处，rst信号可往回转变为高且fdboost信号可往回转变为低。在时间t6之后，可完成预充电操作且可随后执行读出操作。
在一些实施例中，rs信号可在预充电操作期间处于高状态中，使得可经由位线读出fd214上的基线电压。举例来说，此基线电压可用于实施由成像系统100进行的相关双重取样。在时间t5之后，可由pd212响应于图像光而产生图像电荷。在时间t6之后，可发生图像电荷的读出。
包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实例的以上描述并非打算为穷尽性的或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述了本发明的特定实例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
可鉴于以上详细说明对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于本说明书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书来决定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。