本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器像素电路及其工作方法。
背景技术：
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。
图像传感器分为互补金属氧化物(cmos)图像传感器和电荷耦合器件(ccd)图像传感器。其中cmos图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，cmos图像传感器越来越多地取代ccd图像传感器应用于各类电子产品中。目前，cmos图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。
然而，现有的图像传感器的性能有待提高。
技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种图像传感器像素电路及其工作方法，以提高抗光晕的能力。
为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替曝光短帧图像和长帧图像，其特征在于，包括：发光单元和抗光晕电路单元；所述发光单元包括：光电二极管，所述发光二级管具有正向连接端；列读出线，所述列读出线用于读出所述光电二极管的光电信号；所述抗光晕电路单元包括：控制晶体管，所述控制晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述控制晶体管的漏级与电源线连接；写入晶体管，所述写入晶体管的源级与所述控制晶体管的栅极连接，所述写入晶体管的漏极与所述列读出线电学连接，所述写入晶体管用于写入在所述短帧图像曝光时产生的短帧反馈信号，所述短帧反馈信号的大小根据在所述短帧图像曝光时列读出线输出的电压大小获取；存储电容，所述存储电容与写入晶体管的源级连接，所述存储电容用于存储由写入晶体管写入的所述短帧反馈信号。
可选的，所述列读出线具有第一读出端，所述第一读出端用于输出所述光电二极管的光电信号；所述图像传感器像素电路还包括：反馈单元，所述反馈单元具有反馈输入端和反馈输出端，所述反馈输入端与所述第一读出端连接，所述反馈输出端与所述写入晶体管的漏极电学连接，所述反馈输入端用于输入第一读出端输出的电压，所述反馈输出端用于输出所述短帧反馈信号。
可选的，还包括：反馈信号线，所述反馈信号线具有相对的第一信号端和第二信号端，所述第一信号端与所述写入晶体管的漏极连接，所述第二信号端与所述反馈输出端连接。
可选的，所述反馈单元为正向比较器，所述正向比较器具有正向输入端、反向输入端以及比较输出端，所述正向输入端为所述反馈输入端，所述反向输入端用于输入比较电压，所述比较输出端为所述反馈输出端。
可选的，所述存储电容具有相对的第一电容端和第二电容端，第一电容端与所述写入晶体管的源级连接，第二电容端与地线连接。
可选的，所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的若干倍。
可选的，所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的4倍、8倍、16倍或32倍。
可选的，所述发光单元为4t结构；所述发光单元还包括：传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接；浮空扩散点，所述浮空扩散点和所述传输晶体管的漏极连接；复位晶体管，所述复位晶体管的源极与所述浮空扩散点连接，所述复位晶体管的漏极与电源线连接；放大晶体管，所述放大晶体管的栅极与所述浮空扩散点连接，所述放大晶体管的漏极与电源线连接；行选择晶体管，所述行选择晶体管的漏极与所述放大晶体管的源极连接，所述行选择晶体管的源极与所述列读出线连接。
可选的，所述发光单元为3t结构、5t结构、6t结构、7t结构或8t结构。
本发明还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，包括：提供上述图像传感器像素电路；曝光短帧图像；根据所述短帧图像曝光时列读出线输出的电压大小判断所述短帧反馈信号为“0”信号或“1”信号；打开写入晶体管，将所述短帧反馈信号写入所述控制晶体管的栅极并存储在所述存储电容中；将所述短帧反馈信号写入所述控制晶体管的栅极并存储在所述存储电容中后，关闭所述写入晶体管，此时，当所述短帧反馈信号为“1”信号时，则所述控制晶体管处于打开状态，当所述短帧反馈信号为“0”信号时，则所述控制晶体管处于关闭状态；关闭所述写入晶体管后，曝光长帧图像；在曝光所述长帧图像的过程中，进行抗光晕操作；所述抗光晕操作包括：当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管处于打开状态，且所述光电二极管中的光生电荷大于阈值电荷量，则将超过阈值电荷量的光生电荷读出至电源线；当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管处于打开状态且所述光电二极管中的光生电荷小于等于阈值电荷量，或者，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管处于关闭状态，则所述光电二极管中的光生电荷不会读出至电源线。
可选的，还包括：进行所述抗光晕操作后，所述列读出线将对应所述长帧图像曝光过程的光电二极管中的光电信号读出。
可选的，根据所述短帧图像曝光时列读出线输出的电压大小判断所述短帧反馈信号的过程包括：设置比较电压；若在曝光短帧图像时列读出线输出的电压大于等于所述比较电压，则判断所述短帧反馈信号为“1”信号；若在曝光短帧图像时列读出线输出的电压小于所述比较电压，则判断所述短帧反馈信号为“0”信号。
可选的，所述列读出线具有第一读出端，所述第一读出端用于输出所述光电二极管的光电信号；所述图像传感器像素电路还包括：反馈单元，所述反馈单元具有反馈输入端和反馈输出端，所述反馈输入端与所述第一读出端连接，所述反馈输出端与所述写入晶体管的漏极电学连接；所述图像传感器像素电路的工作方法还包括：在曝光短帧图像时，将第一读出端输出的电压输入至反馈输入端，所述反馈输出端输出短帧反馈信号。
可选的，所述图像传感器像素电路还包括：反馈信号线，所述反馈信号线具有相对的第一信号端和第二信号端，所述第一信号端与所述写入晶体管的漏极连接，所述第二信号端与所述反馈输出端连接；所述图像传感器像素电路的工作方法还包括：在曝光短帧图像时，所述反馈输出端输出短帧反馈信号通过所述反馈信号线传输至所述写入晶体管的漏极。
可选的，所述长帧图像的曝光时间随着所述短帧图像的曝光时间的增加而增加。
可选的，所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的若干倍。
可选的，所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的4倍、8倍、16倍或32倍。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的图像传感器像素电路中，包括抗光晕电路单元。所述抗光晕电路单元包括控制晶体管、写入晶体管和存储电容，写入晶体管用于写入短帧图像曝光时产生的短帧反馈信号，所述短帧反馈信号的大小根据在所述短帧图像曝光时列读出线输出的电压大小获取，所述存储电容用于存储由写入晶体管写入的所述短帧反馈信号，这样所述短帧反馈信号的大小能够决定控制晶体管是否开启。当在进行长帧曝光的过程时，若控制晶体管开启，则长帧图像曝光时产生的光电荷中多余的部分就会通过控制晶体管读出至电源线上，极大的减小了长帧曝光过程中像素中多余的光生电荷，避免长帧曝光时多余的光电荷溢出至周边像素中而使周边像素输出增大，从根本上减小了光晕，提高了抗光晕的能力。
其次，采用抗光晕电路单元减小光晕，避免使用深沟槽隔离减小光晕，因此能够避免带来较大的暗电流，避免对发光单元产生较大的图像噪声。
再次，采用依次交替进行的短帧图像曝光和长帧图像曝光，使得图像具有较高的动态范围。
本发明技术方案提供的图像传感器像素电路的工作方法中，在曝光所述长帧图像的过程中，进行抗光晕操作。在所述抗光晕操作中，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管处于打开状态，且所述光电二极管中的光生电荷大于所述阈值电荷量，则将超过阈值电荷量的光生电荷读出至电源线。这样极大的减小了长帧曝光过程中像素中多余的光生电荷，避免长帧曝光时多余的光电荷溢出至周边像素中而使周边像素输出增大，从根本上减小了光晕，提高了抗光晕的能力。
附图说明
图1是本发明一实施例中图像传感器像素电路的示意图；
图2是本发明一实施例中图像传感器像素电路的工作流程图；
图3至图5为本发明中图像传感器像素电路的三种工作原理图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术的图像传感器像素电路的性能较差。
图像传感器像素电路在光照较强时工作时，会产生过多的光生电荷，容易溢出至周边的像素，使得周边像素的输出增大，产生光晕。
通常，为了降低光生电荷溢出至周边像素的程度，采用衬底中形成隔离层，使隔离层位于相邻的像素之间，这样以减小光晕。而衬底中形成隔离层包括两种情况：第一种是进行浅沟槽隔离，然而浅沟槽隔离技术形成的隔离层的深度较浅，隔离层阻挡光生电子溢出的能力较弱，抗光晕能力较弱；第二种是进行深沟槽隔离，然而深沟槽隔离技术形成隔离层会带来很大的暗电流；第三种是通过注入隔离，然而其抗光晕的能力也较弱，一旦多余的光生电荷跑不掉，还是会溢出至周边像素。
由于上述几种减小光晕的方法均是采用“阻拦”的方式，因此抗光晕的能力受到限制。
在此基础上，本发明提供一种图像传感器像素电路，包括：控制晶体管，控制晶体管的源级与所述正向连接端连接，控制晶体管的漏级与电源线连接；写入晶体管，写入晶体管的源级与所述控制晶体管的栅极连接，写入晶体管的漏极与列读出线电学连接，写入晶体管用于写入在所述短帧图像曝光时产生的短帧反馈信号，短帧反馈信号的大小根据在短帧图像曝光时列读出线输出的电压大小获取；存储电容，存储电容与写入晶体管的源级连接，存储电容用于存储由写入晶体管写入的短帧反馈信号。所述图像传感器像素电路的抗光晕能力得到提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种图像传感器像素电路，请参考图1，所述图像传感器像素电路用于依次交替曝光短帧图像和长帧图像，包括：发光单元10和抗光晕电路单元20。
所述发光单元10包括：
光电二极管110，所述发光二级管110具有正向连接端；
列读出线bl，所述列读出线bl所述列读出线用于读出所述光电二极管110的光电信号。
所述光电二极管110具有相对的正向连接端和反向连接端，所述反向连接端与地线连接。
所述发光二级管110用于产生光生电荷。本实施例中，所述光生电荷为光电子。在其它实施例中，所述光生电荷为空穴。
本实施例中，所述发光单元10为4t结构，所述发光单元10还包括：传输晶体管120，所述传输晶体管120的源级与所述正向连接端连接；浮空扩散点fd，所述浮空扩散点fd和所述传输晶体管120的漏极连接；复位晶体管130，所述复位晶体管130的源极与所述浮空扩散点fd连接，所述复位晶体管130的漏极与电源线连接；放大晶体管140，所述放大晶体管140的栅极与所述浮空扩散点fd连接，所述放大晶体管140的漏极与电源线连接；行选择晶体管150，所述行选择晶体管150的漏极与所述放大晶体管140的源极连接，所述行选择晶体管150的源极与所述列读出线bl连接。
所述列读出线bl具有相对的第一读出端和第二读出端，所述第一读出端用于输出所述光电二极管的光电信号，所述第二读出端与所述行选择晶体管150的源极连接。
在所述传输晶体管120开启时，光电二极管110中的光生电荷通过传输晶体管120传输至浮空扩散点fd，再由浮空扩散点fd通过放大晶体管140放大信号，然后通过行选择晶体管150读出至列读出线bl上。
在其它实施例中，所述发光单元为3t结构、5t结构、6t结构、7t结构或8t结构。
所述抗光晕电路单元20包括：
控制晶体管210，所述控制晶体管210的源级与所述正向连接端连接，所述控制晶体管210的漏级与电源线连接；
写入晶体管220，所述写入晶体管220的源级与所述控制晶体管210的栅极连接，所述写入晶体管220的漏极与所述列读出线bl电学连接，所述写入晶体管220用于写入在所述短帧图像曝光时产生的短帧反馈信号，所述短帧反馈信号的大小根据在所述短帧图像曝光时列读出线bl输出的电压大小获取；
存储电容230，所述存储电容230与写入晶体管220的源级连接，所述存储电容230用于存储由写入晶体管220写入的所述短帧反馈信号。
所述图像传感器像素电路还包括：反馈单元(未图示)，所述反馈单元具有反馈输入端和反馈输出端，所述反馈输入端与所述第一读出端连接，所述反馈输出端与所述写入晶体管的漏极电学连接，所述反馈输入端用于输入第一读出端输出的电压，所述反馈输出端用于输出所述短帧反馈信号。
本实施例中，所述反馈单元为正向比较器，所述正向比较器具有正向输入端、反向输入端以及比较输出端，所述正向输入端为所述反馈输入端，所述反向输入端用于输入比较电压，所述比较输出端为所述反馈输出端。
本实施例中，还包括：反馈信号线cl，所述反馈信号线cl具有相对的第一信号端和第二信号端，所述第一信号端与所述写入晶体管220的漏极连接，所述第二信号端与所述反馈输出端连接。
所述存储电容230具有相对的第一电容端和第二电容端，第一电容端与写入晶体管220的源级连接，第二电容端与地线连接。
本实施例中，所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的若干倍，如：所述长帧图像的曝光时间为所述短帧图像的曝光时间的4倍、8倍、16倍或32倍。
本实施例中，所述图像传感器像素电路包括抗光晕电路单元20。所述抗光晕电路单元20包括控制晶体管210、写入晶体管220和存储电容230，写入晶体管220用于写入短帧图像曝光时产生的短帧反馈信号，所述短帧反馈信号的大小根据在所述短帧图像曝光时列读出线bl输出的电压大小获取，所述存储电容230用于存储由写入晶体管写入的所述短帧反馈信号，这样所述短帧反馈信号的大小能够决定控制晶体管210是否开启。当在进行长帧曝光的过程时，若控制晶体管210开启，则长帧图像曝光时产生的光电荷中多余的部分就会通过控制晶体管210读出至电源线上，极大的减小了长帧曝光过程中像素中多余的光生电荷，避免长帧曝光时多余的光电荷溢出至周边像素中而使周边像素输出增大，从根本上减小了光晕，提高了抗光晕的能力。
不同于现有技术中“阻拦”的方式减小光晕，本实施例是采用“疏导”的方式减小光晕，从根本上减小了光晕。
其次，本实施例采用抗光晕电路单元20减小光晕，避免使用深沟槽隔离减小光晕，能够避免带来较大的暗电流，避免对发光单元10产生较大的图像噪声。
再次，本实施例中，采用依次交替进行的短帧图像曝光和长帧图像曝光，使得图像具有较高的动态范围。
本发明还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，请参考图2，包括以下步骤：
s01：提供上述图像传感器像素电路；
s02：曝光短帧图像；
s03：根据在曝光短帧图像时列读出线bl输出的电压大小判断所述短帧反馈信号为“0”信号或“1”信号；
s04：打开写入晶体管220，将所述短帧反馈信号写入所述控制晶体管210的栅极并存储在所述存储电容230中；
s05：将所述短帧反馈信号写入所述控制晶体管210的栅极并存储在所述存储电容230的第一电容端后，关闭所述写入晶体管220，此时，当所述短帧反馈信号为“1”信号时，则所述控制晶体管210处于打开状态，当所述短帧反馈信号为“0”信号时，则所述控制晶体管210处于关闭状态；
s06：关闭所述写入晶体管220后，曝光长帧图像；
s07：在曝光所述长帧图像的过程中，进行抗光晕操作；所述抗光晕操作包括：当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于打开状态，且所述光电二极管110中的光生电荷大于阈值电荷量，则将超过阈值电荷量的光生电荷读出至电源线；当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于打开状态且所述光电二极管110中的光生电荷小于等于阈值电荷量，或者，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于关闭状态，则所述光电二极管110中的光生电荷不会读出至电源线。
本实施例中，还包括：进行所述抗光晕操作后，所述列读出线bl将对应所述长帧图像曝光过程的光电二极管110中的光电信号读出。
参考图3，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于打开状态，且所述光电二极管110中的光生电荷大于阈值电荷量，超过阈值电荷量的光生电荷读出至电源线，在进行抗光晕操作后，所述列读出线bl读出的值设置为满值。
参考图4，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于打开状态且所述光电二极管110中的光生电荷小于等于阈值电荷量，则所述光电二极管110中的光生电荷不会读出至电源线，所述列读出线bl读出的值表征光电二极管110在长帧图像曝光时真实产生的光生电荷的多少。
参考图5，当在曝光长帧图像的过程中所述控制晶体管210处于关闭状态，则所述光电二极管110中的光生电荷不会读出至电源线，所述列读出线bl读出的值表征光电二极管110在长帧图像曝光时真实产生的光生电荷的多少。
需要说明的是，在图3至图5中，tx1指代的是控制晶体管210，tx2指代的是传输晶体管120。ppd指代的是光电二极管110。
具体的，根据在曝光短帧图像时列读出线bl输出的电压大小判断所述短帧反馈信号的过程包括：设置比较电压；若在曝光短帧图像时列读出线bl输出的电压大于等于所述比较电压，则判断所述短帧反馈信号为“1”信号；若在曝光短帧图像时列读出线bl输出的电压小于所述比较电压，则判断所述短帧反馈信号为“0”信号。
所述图像传感器像素电路的工作方法还包括：在曝光短帧图像时，将第一读出端输出的电压输入至反馈输入端，所述反馈输出端输出短帧反馈信号。
所述图像传感器像素电路的工作方法还包括：在曝光短帧图像时，所述反馈输出端输出短帧反馈信号通过所述反馈信号线传输至所述写入晶体管的漏极。
所述阈值电荷量和所述控制晶体管210的阈值电压有关，控制晶体管210的阈值电压越高，所述阈值电荷量越大。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。