光电二极管限制器制造技术

提供了一种图像传感器。在一个方面，该图像传感器包括耦合到输出线的像素。该像素包括光电二极管和供给电路，光电二极管被配置为响应于光产生电荷，供给电路被配置为将电压供给到光电二极管以使光电二极管的电压在积分时间内保持在阈值电平或以上。在另一个方面，像素包括供给电路，其被配置为按照第一电荷保持容量和第二电荷保持容量选择性地将电压供给到光电二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般地涉及图像传感器，更具体地，涉及具有电子快门和限制器的图像传感器。
技术介绍
近年来，CMOS图像传感器(CIS)技术较电荷耦合器件(CCD)而言受到欢迎。从移动装置开始，CIS提供更低的成本，因为它可使用标准CMOS工艺制造。CCD需要专门的工艺。而且，由于使用标准CMOS工艺，CIS允许有更多的功能集成。例如，每个CIS像素包括缓冲器，这较CCD而言可改进CIS的性能。最近，CIS开始被用于广播系统。CIS是有源矩阵传感器的示例。在CIS的像素中，光电二极管产生电荷。光电二极管的示例是p-n结二极管。在一种实施方式中，光电二极管产生空穴-电子对。电子累积或积累在光电二极管的p扩散区域中。在积分时间段之后，累积的电荷经由传输门被传输到浮置扩散。换句话说，浮置扩散(C)从累积的电荷(dQ)产生电压(dV)或者dV＝dQ/C，并且耦合到输出线。在一个方面，浮置扩散充当储存元件。浮置扩散上的电压经由缓冲器耦合到输出线。在另一个方面，CIS包括所述的像素的阵列(行和列)。在一种实施方式中，输出线可充当该阵列的列线。像素顺序地按行耦合到输出线。耦合到输出线的输出电路执行进一步的确定功能。例如，输出电路可包括对输出线的电压进行积分的积分器、运算放大器、或将积分的电压转换为数字值的模数转换器。在另一个方面，CIS可包括电子快门功能。在一个示例中，快门重置一组像素中的电荷积分。示例是重置CIS中的所有像素的全局快门。所给出的示例是基于使用电子来产生想要的信号。在这种情况下，空穴被排出。该机制对于空穴同样很好地工作，除了电压变化相反之外。现在，空穴产生想要的信号，电子被排出。
技术实现思路
在本公开的一个方面，提供了一种图像传感器以及用于该图像传感器的方法。该图像传感器包括耦合到输出线的像素。该像素包括被配置为响应于光产生电荷的光电二极管。供给电路被配置为按照第一电荷保持容量和第二电荷保持容量选择性地将电压供给到光电二极管。在另一个方面，图像传感器包括耦合到输出线的像素。该像素包括被配置为响应于光产生电荷的光电二极管。供给电路被配置为将电压供给到光电二极管以使光电二极管的电压在积分时间内保持在阈值电平或以上。附图说明图1是说明具有电子快门的像素的示图。图2是说明像素的电位图的示图。图3是说明具有电子快门和光电二极管限制器的像素的示例的示图。图4是说明像素阵列的示图。图5是说明用于像素的操作的时序图的示图。图6是说明用于像素的操作的电压的示图。具体实施方式下面结合附图阐述的详细描述意图作为各种配置的描述，而非意图代表在其中可实施本文中所述的构思的唯一配置。为了提供各种构思的透彻理解的目的，详细描述包括特定细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，这些构思可在没有这些特定细节的情况下实施。在一些情况下，公知的结构和部件被以框图形式示出，以便避免使这样的构思模糊。现在将参照各种设备和方法来呈现图像传感器的几个方面。这些设备和方法将在下面的详细描述中被描述，并且在附图中用各种方框、模块、部件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元件”)说明。这些元件可使用电子硬件、计算机软件或它们的组合来实施。这样的元件是被实施作为硬件还是软件取决于具体应用以及对整个系统施加的设计约束。图1是说明具有电子快门的像素100的示图。在一种实施方式中，电荷产生电路102可响应于光产生电荷(例如，电子)。电荷可在积分时间段内累积或积累。作为示例，对于50Hz图像传感器，积分时间段可以为20ms。在积分时间段之后，累积的电荷可经由传输电路104被传输到储存电路106。在一个方面，累积在电荷产生电路102处的电荷可被传输到储存电路106。电荷在储存电路106中被转换为电压。储存电路106上的电压可经由缓冲电路108耦合到输出线110。重置电路120可重置储存电路106上的电压。在一种实施方式中，快门电路130可通过例如控制像素100的积分时间来执行快门功能。在一个示例中，积分时间可由快门电路130根据预定时序重置电荷产生电路102来进行控制。这样的预定时序可对应于积分时间。在一个示例中，快门电路130可以是全局快门功能的一部分。即，阵列中的所有像素都可通过同一快门时序来进行控制。像素150是具有电子快门的像素的另一个视图。在一种实施方式中，光电二极管152可响应于光产生电荷(例如，电子)。在一个示例中，光电二极管152可以是在任何电荷被产生之前被完全耗尽并且被钉扎到电压电位(被称为Vpin)的钉扎光电二极管。电荷可在积分时间段内累积或积累在节点PD(其可以是例如光电二极管152中的节点)处。在积分时间段之后，累积在节点PD处的电荷可以经由传输门154被传输到浮置扩散156。在一个方面，累积在节点PD处的电荷可耦合到浮置扩散156，从而产生电压。在累积的电荷是电子的一个示例中，浮置扩散156可以是浮置的N型扩散(即，不直接连到任何电压电位)。传输门154可以是由TG控制信号控制的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件。例如，TG控制信号可连接到传输门154的栅极。浮置扩散156上的电压可经由MOSFET158和MOSFET172耦合到输出线160。在示例中，MOSFET158可连接到电压电位VDDPIX，并且可对浮置扩散156的电压执行缓冲功能。MOSFET172可选择性地将MOSFET158的输出提供给输出线160。在一个方面，MOSFET172可由SEL信号控制，SEL信号可对应于像素阵列的行启动。重置电路170可通过例如将VDDPIX供给到浮置扩散156来重置浮置扩散156上的电压。在一种实施方式中，MOSFET180可通过例如控制像素150的积分时间来执行快门功能。在一个示例中，积分时间由MOSFET180根据预定时序重置节点PD(其可以是例如光电二极管152中的节点)上的电压来进行控制。这样的预定时序可对应于积分时间。在一个示例中，MOSFET180可以是全局快门功能的一部分。即，阵列中的所有像素都可通过同一快门时序来进行控制。在一个示例中，重置可包括MOSFET180充当按照第一电荷保持容量将重置电压供给到节点PD的供给电路。供给到MOSFET180和/或170的漏极的供给电压可以不同于MOSFET158。控制信号(快门控制182)可被供给到MOSFET180的栅极以控制MOSFET本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：耦合到输出线的像素；所述像素包括：光电二极管，其被配置为响应于光产生电荷；供给电路，其被配置为按照第一电荷保持容量和第二电荷保持容量选择性地将电压供给到所述光电二极管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.10 US 14/102,4631.一种图像传感器，包括：
耦合到输出线的像素；
所述像素包括：
光电二极管，其被配置为响应于光产生电荷；
供给电路，其被配置为按照第一电荷保持容量和第二电荷保持容
量选择性地将电压供给到所述光电二极管。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述供给电路被进一步
配置为执行快门功能。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一电荷保持容量
被配置为将重置电压供给到所述光电二极管。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第二电荷保持容量
被配置为使所述光电二极管的电荷保持容量保持在阈值水平或以上。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述供给电路由供给电
路控制信号控制，所述供给电路控制信号在第一电压下操作，使所述供给电
路按照所述第一电荷保持容量将电压供给到所述光电二极管，并且在第二电
压下操作，使所述供给电路按照所述第二电荷保持容量将电压供给到所述光
电二极管。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述供给电路被配置为
当所述供给电路控制信号在所述第二电压下操作时，在所述光电二极管的电
压低于阈值电压的情况下，所述供给电路按照所述第二电荷保持容量将电压
供给到所述光电二极管。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述像素还包括复用
器，所述复用器被配置为选择性地将所述复用器的输入电压提供给所述供给
电路控制信号以使所述供给电路按照所述第一电荷保持容量和所述第二电荷
保持容量将电压供给到所述光电二极管。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括第二复用器，所述第
二复用器被配置为选择性地将所述第一电压或所述第二电压中的一个作为所
述像素中的所述复用器的输入电压提供给所述复用器。
9.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述像素还包括浮置电
容元件，所述浮置电容元件耦合到所述输出线，并且经由传输门耦合到所述
光电二极管，所述传输门被配置为启动以将所述光电二极管的电压耦合到所
述浮置电容元件和所述输出线上。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述供给电路被配置为
在按照所述第一电荷保持容量将电压供给到所述光电二极管与启动所述传输
门之间，按照所述第二电荷保持容量将电压供给到所述光电二极管。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中按照所述第二电荷保持
容量供给到所述光电二极管的供给电压包括至少一个脉冲。
12.一种用于图像传感器的方法，包括：
通过像素中的光电二极管响应于光产生电荷；
将所述光电二极管的电压耦合到输出线上；
通过供给电路选择性地按照第一电荷保持容量和第二电荷保持容量将电
压供给到所述光电二极管。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述供给电路被进一步配置为
执行快门功能。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一电荷保持容量被配置
为将重置电压供给到所述光电二极管。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二电荷保持容量被配置
为使所述光电二极管的电荷容量保持在阈值水平或以上。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
当控制所述供给电路的供给电路控制信号在第一电压下操作时，按照第
一电荷保持容量将电压供给到所述光电二极管；以及
当控制所述供给电路的所述供给电路控制信号在第二电压下操作时，按
照第二电荷保持容量将电压供给到所述光电二极管。
17.根据权利要求16所述的方法，其中按照所述第二电荷保持容量将
电压供给到所述光电二极管是基于所述光电二极管的电压低于阈值电压的情
况。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
通过所述像素中的复用器选择性地将所述复用器的输入电压提供给所述
供给电路控制信号以用于按照所述第一电荷保持容量将电压供给到所述光电
二极管并且按照所述第二电荷保持容量将电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·鲁特，P·森顿，
申请(专利权)人：GVBB控股公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU