传感器像素单元、信号处理电路和电子设备的制作方法

本公开涉及图像传感器，尤其是一种传感器像素单元、信号处理电路和电子设备。

背景技术：

1、图像传感器已经被广泛地应用在数码相机、移动手机、医疗、汽车、无人机和机器识别等领域，特别是制造互补型金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，cmos)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。动态范围是光电型图像传感器的一个重要评价指标。

技术实现思路

1、根据本公开实施例的一个方面，提供了一种传感器像素单元，包括：k个信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块；其中，所述k为大于等于1的整数；

2、每个所述信号采集模块，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据第一反馈信号的控制输出所述光电电荷；

3、所述信号处理模块，用于根据第二反馈信号的控制执行复位或依次读取所述k个信号采集模块中每个所述信号采集模块产生的光电电荷；

4、所述信号输出模块，用于根据外部控制信号的控制，基于所述信号处理模块中的光电电荷输出目标信号。

5、可选地，所述信号采集模块包括：光电二极管和第一开关晶体管；

6、所述光电二极管的一端接地，另一端通过所述第一开关晶体管与所述信号处理模块连接；

7、所述第一开关晶体管，用于根据第一反馈信号的控制导通或断开。

8、可选地，所述信号采集模块还包括：第二开关晶体管；

9、所述第二开关晶体管，用于根据第一开关信号的控制导通或断开，使所述第二开关晶体管导通时，所述第一反馈信号传入所述第一开关晶体管实现对所述第一开关晶体管的控制。

10、可选地，所述信号处理模块包括：浮置扩散区、复位晶体管和复位控制晶体管；

11、所述浮置扩散区的一端接地，另一端与所述复位晶体管的源极端连接作为所述信号处理模块的连接端；通过所述连接端与所述信号采集模块和所述信号输出模块连接；

12、所述复位晶体管的源极端与所述浮置扩散区连接，漏极端接收电源信号，栅极端通过所述复位控制晶体管接收所述第二反馈信号；

13、所述复位控制晶体管，用于根据第二开关信号的控制导通或断开，使所述复位控制晶体管导通时，所述第二反馈信号传入所述复位晶体管。

14、可选地，所述浮置扩散区在所述复位晶体管导通时执行复位；在所述复位晶体管断开且一个所述信号采集模块中的第一开关晶体管导通时，所述浮置扩散区接收所述信号采集模块的光电二极管产生的光电电荷。

15、可选地，所述信号输出模块包括：源跟随晶体管和选择晶体管；

16、所述源跟随晶体管的栅极端与所述信号处理模块连接，源极端与所述选择晶体管连接，漏极端接收电源信号；用于探测并跟随所述浮置扩散区的电荷变化，确定目标信号；

17、所述选择晶体管的漏极端与所述源跟随晶体管的源极端连接，源极端与所述信号量化模块连接，栅极端接收外部控制信号，并根据所述外部控制信号的控制确定是否输出所述目标信号。

18、根据本公开实施例的另一方面，提供了一种信号处理电路，包括：由m行*n列的如上述任一项实施例所述传感器像素单元组成的像素阵列，以及n*k个列处理器；其中，每个所述列处理器对应一列中的m个所述传感器像素单元中每个传感器像素单元的至少部分电路；m、n分别为大于等于1的整数；

19、所述像素阵列，用于根据外部控制信号的控制使每行所述传感器像素单元逐行进行像素信号的量化，输出n个目标信号并分别发送到n个所述列处理器；

20、所述列处理器，用于根据接收的所述目标信号确定所述传感器像素单元对应的编码信号，并基于所述编码信号得到第一反馈信号和第二反馈信号，通过所述第一反馈信号和所述第二反馈信号控制所述传感器像素单元的操作。

21、可选地，还包括：数字读出电路和双采样读出电路；

22、所述数字读出电路，用于每间隔预设时间间隔对所述编码信号进行读出，得到数字序列；

23、所述双采样读出电路，在所述编码信号符合预设条件时，输出曝光电荷量。

24、可选地，所述列处理器包括：比较器、第一与逻辑电路和第二与逻辑电路；

25、所述比较器的负输入端与所述传感器像素单元的输出端连接，用于接收所述目标信号，正输入端接收参考信号，输出端输出所述编码信号，并且所述输出端分别与所述第一与逻辑电路和所述第二与逻辑电路的一个输入端连接；

26、所述第一与逻辑电路的一个输入端与所述比较器的输出端连接，另一输入端接收第一外部与信号，输出端输出所述第一反馈信号；

27、所述第二与逻辑电路的一个输入端与所述比较器的输出端连接，另一输入端接收第二外部与信号，输出端输出所述第二反馈信号。

28、可选地，所述列处理器还包括：第三与逻辑电路；

29、所述比较器的输出端还与所述第三与逻辑电路的一个输入端连接，所述第三与逻辑电路的另一个输入端接收电源信号；所述第三与逻辑电路的输出端与所述双采样读出电路的使能端口连接；

30、所述双采样读出电路的输入端与所述传感器像素单元的输出端连接，用于接收所述目标信号，使能端口与所述第三与逻辑电路的输出端连接，响应于所述第三与逻辑电路输出高电平时，所述双采样读出电路对所述目标信号进行处理得到曝光电荷量并输出。

31、根据本公开实施例的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，还包括上述任一实施例所述的传感器像素单元或上述任一实施例所述的信号处理电路；

32、所述存储器存储计算机执行指令；

33、所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以控制所述传感器像素单元或信号处理电路。

34、可选地，所述电子设备被纳入为以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备。

35、基于本公开上述实施例提供的一种传感器像素单元、信号处理电路和电子设备，包括：k个信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块；其中，所述k为大于等于1的整数；每个所述信号采集模块，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据第一反馈信号的控制输出所述光电电荷；所述信号处理模块，用于根据第二反馈信号的控制执行复位或依次读取所述k个信号采集模块中每个所述信号采集模块产生的光电电荷；所述信号输出模块，用于根据外部控制信号的控制，基于所述信号处理模块中的光电电荷输出目标信号。本实施例通过第一反馈信号和第二反馈信号实现了像素单元中的曝光时间可调，进而实现高动态范围成像。

36、下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种传感器像素单元，其特征在于，包括：k个信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块；其中，所述k为大于等于1的整数；

2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述信号采集模块包括：光电二极管和第一开关晶体管；

3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述信号采集模块还包括：第二开关晶体管；

4.根据权利要求1-3任一所述的像素单元，其特征在于，所述信号处理模块包括：浮置扩散区、复位晶体管和复位控制晶体管；

5.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述浮置扩散区在所述复位晶体管导通时执行复位；在所述复位晶体管断开且一个所述信号采集模块中的第一开关晶体管导通时，所述浮置扩散区接收所述信号采集模块的光电二极管产生的光电电荷。

6.根据权利要求1-5任一所述的像素单元，其特征在于，所述信号输出模块包括：源跟随晶体管和选择晶体管；

7.一种信号处理电路，其特征在于，包括：由m行*n列的如权利要求1-6任一项所述传感器像素单元组成的像素阵列，以及n*k个列处理器；其中，每个所述列处理器对应一列中的m个所述传感器像素单元中每个传感器像素单元的至少部分电路；m、n分别为大于等于1的整数；

8.根据权利要求7所述的信号处理电路，其特征在于，还包括：数字读出电路和双采样读出电路；

9.根据权利要求7或8所述的信号处理电路，其特征在于，所述列处理器包括：比较器、第一与逻辑电路和第二与逻辑电路；

10.根据权利要求9所述的信号处理电路，其特征在于，所述列处理器还包括：第三与逻辑电路；

11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，还包括权利要求1-6任一所述的传感器像素单元或权利要求7-10任一所述的信号处理电路；

12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备被纳入为以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备。

技术总结
本公开实施例公开了一种传感器像素单元、信号处理电路和电子设备，其中，传感器像素单元包括：k个信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块；其中，所述k为大于等于1的整数；每个所述信号采集模块，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据第一反馈信号的控制输出所述光电电荷；所述信号处理模块，用于根据第二反馈信号的控制执行复位或依次读取所述k个信号采集模块中每个所述信号采集模块产生的光电电荷；所述信号输出模块，用于根据外部控制信号的控制，基于所述信号处理模块中的光电电荷输出目标信号。本实施例通过第一反馈信号和第二反馈信号实现了像素单元中的曝光时间可调，进而实现高动态范围成像。

技术研发人员：韩润泽
受保护的技术使用者：脉冲视觉（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15