图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种图像传感器，包括至少两个相同的子像素单元，子像素单元包括电荷曝光转移结构和电容反馈跨导放大器，电容反馈跨导放大器包括积分电容、初始化晶体管和源极跟随器，隔直电容的两端分别与电荷曝光转移结构、源极跟随器的栅极耦接，源极跟随器的源极接入基准电压；积分电容的两端分别与源极跟随器的栅极和漏级耦接，用于对源极跟随器将要输出的信号进行积分放大，初始化晶体管的源极和漏级分别与积分电容的两端耦接，用于对积分电容进行复位。本发明专利技术将像素分为多个子像素单元进行分段驱动，并在每个子像素单元中配置CTIA，以此来降低CTIA输入端的寄生电容，从而降低CTIA的噪声，提升图像传感器的信噪比，提高成像效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器


[0001]本专利技术涉及CMOS图像传感器
，特别涉及一种基于CTIA像素架构的CMOS图像传感器。

技术介绍

[0002]目前光谱成像在矿产资源勘测、生物医学鉴定、食品检测、大气研究等领域有着广泛的应用。光谱仪主要包括光源系统、分光成像系统和接收器件。元素的原子在激发光源的作用下发射谱线，谱线经过分光成像系统分光后形成光谱，每种元素都有自己的特征谱线，谱线的强度代表试样中元素的含量，将所分离的各个光谱通过图像传感器的感光阵列进行光电转换，再经过读出电路进行模数转换，最后进行数据处理和读出。
[0003]如今的光谱仪接收器件大多采用CMOS图像传感器，这使光谱仪具备了以前没有的特点，比如扫描速度快、定量分析精度高以及扫描的光谱范围宽。
[0004]现有的CMOS图像传感器，在每列像素的下侧配置一个电容反馈跨导放大器(Capacitive Transimpedance Amplifier，简称CTIA)，垂直方向上的各个像素单元输出信号短接，由一根金属线将信号传输到CTIA的输入端，将信号在CTIA的积分电容上积分放大，再向读出电路输入。
[0005]由于CTIA位于像素阵列的一侧，导致列总线过长，使CTIA输入端的寄生电容过大，CTIA的噪声过大，会降低CMOS图像传感器的信噪比，影响成像效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服现有技术存在的缺陷，提出以一种图像传感器，通过对像素进行分段驱动，并在每个子像素单元中配置CTIA，以此来降低CTIA输入端的寄生电容，从而降低CTIA的噪声，提升图像传感器的信噪比，提高成像效果。
[0007]具体地，本专利技术提供的图像传感器包括像素读出结构和像素读出电路，像素读出电路包括隔直电容，像素读出结构包括至少两个相同的子像素单元，子像素单元包括电荷曝光转移结构和电容反馈跨导放大器，电容反馈跨导放大器包括积分电容、初始化晶体管和源极跟随器，隔直电容的一端与电荷曝光转移结构耦接，另一端与源极跟随器的栅极耦接，用于阻隔直流；源极跟随器的源极接入基准电压，源极跟随器的漏级作为信号输出端；积分电容的两端分别与源极跟随器的栅极和漏级耦接，用于对源极跟随器将要输出的信号进行积分放大，初始化晶体管的源极和漏级分别与积分电容的两端耦接，用于对积分电容进行复位。
[0008]优选地，所述像素读出电路还包括与子像素单元数量相同的负载电流源，负载电流源与源极跟随器耦接，用于为源极跟随器提供偏置电流。
[0009]优选地，所述像素读出电路还包括与各子像素单元中源极跟随器耦接的可编程增益放大器，各源极跟随器将信号输出至可编程增益放大器，通过可编程增益放大器对各路信号进行加和放大输出。
[0010]优选地，所述像素读出电路进一步包括采样保持电路和A/D转换器，可编程增益放大器耦接、采样保持电路与A/D转换器依次耦接，经可编程增益放大器加和放大的信号通过采样保持电路进行模拟采样并读出，再通过A/D转换器进行数字转换。
[0011]优选地，电荷曝光转移结构包括像素全局复位晶体管、光电二极管、存储节点、第一电荷转移晶体管、第二电荷转移晶体管、浮动扩散节点和浮动扩散节点复位晶体管；像素复位晶体管的源极接入供电电压，像素复位晶体管的漏极耦接于第一电荷转移晶体管的源极，第一电荷转移晶体管的漏级与第二电荷转移晶体管的源极连接，第二电荷转移晶体管的漏级与浮动扩散节点耦接，浮动扩散节点复位晶体管的源极接入供电电压，浮动扩散节点复位晶体管的漏级与浮动扩散节点耦接，浮动扩散节点与隔直电容的一端耦接，光电二极管耦接于像素全局复位晶体管与第一电荷转移晶体管之间，存储节点耦接于第一电荷转移晶体管与第二电荷转移晶体管之间。
[0012]优选地，源极跟随器选用低阈值低噪声类型晶体管。
[0013]与现有技术相比，本专利技术能够取得以下技术效果：
[0014]1、将CTIA应用于每个子像素单元，使每个子像素单元均为CTIA像素结构，从而获得更大更可控的像素转换增益。
[0015]2、由于每个子像素单元中都配置一个CTIA，可以缩短CTIA输入端信号线的长度，因此CTIA输入端的电容很小，减小CTIA的输出噪声。
[0016]3、采用对像素进行分段控制与驱动的方法，对于感光面来说，不存在垂直方向上的空隙。相对于面阵图像传感器或由短二极管组成的线阵传感器在垂直方向上，光电二极管间存在空间上的物理空隙，因此，对于相同高度的图像传感器，本专利技术的像素结构会得到更大的满阱容量。
附图说明
[0017]图1是根据本专利技术一个实施例的图像传感器的整体架构示意图；
[0018]图2是根据本专利技术一个实施例的子像素单元的架构示意图；
[0019]图3是根据本专利技术一个实施例的像素阵列的架构示意图。
[0020]其中的附图标记包括：子像素单元1、CTIA2、像素复位晶体管GRST、光电二极管PD、第一电荷转移晶体管TX1、第二电荷转移晶体管TX2、存储节点MN、浮动扩散节点复位晶体管RST、浮动扩散节点FD、隔直电容C1、积分电容C2、初始化晶体管INIT、源极跟随器SF、负载电流源CS、可编程增益放大器PGA、采样保持电路S/H、A/D转换器ADC。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0022]对于传统的图像传感器，一列像素单元共用一个CTIA，导致列总线过长，使CTIA输入端的寄生电容过大，CTIA的噪声过大，会降低CMOS图像传感器的信噪比，影响成像效果。本专利技术为了避免出现列总线过长的问题，采用对像素进行分段控制与驱动的方法，将一个像素分成几段进行驱动，每一段相当于一个子像素单元，每个子像素单元分别配置一个
CTIA，从而缩短列总线的长度，使CTIA输入端的电容变得很小，使得CTIA的输出噪声很小，从而提升图像传感器的信噪比，提高成像效果。
[0023]本专利技术可以将一个像素分成多个结构相同的子像素单元，下面以分为两个子像素单元为例进行说明，分为更多的子像素单元同理可得。
[0024]图1示出了根据本专利技术一个实施例的图像传感器的整体架构。
[0025]如图1所示，图像传感器包括CTIA像素读出结构和像素读出电路，CTIA像素读出结构包括两个相同结构的子像素单元1，两个子像素单元1分别配置有CTIA2，使两个子像素单元1分别构成CTIA像素结构，两个子像素单元1分别同时驱动、同步输出。
[0026]图2示出了根据本专利技术一个实施例的子像素单元的架构。
[0027]如图2所示，子像素单元包括电荷曝光转移结构和CTIA，电荷曝光转移结构用于实现电荷的曝光、存储和转移，而CTIA用于对电荷曝光转移结构输出的信号进行积分放大。
[0028]电荷曝光转移结构包括像素复位晶体管GRST、光电二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括像素读出结构和像素读出电路，所述像素读出电路包括隔直电容，所述像素读出结构包括至少两个相同的子像素单元，所述子像素单元包括电荷曝光转移结构，其特征在于，所述子像素单元还包括电容反馈跨导放大器，所述电容反馈跨导放大器包括积分电容、初始化晶体管和源极跟随器，所述隔直电容的一端与所述电荷曝光转移结构耦接，另一端与所述源极跟随器的栅极耦接，用于阻隔直流；所述源极跟随器的源极接入基准电压，所述源极跟随器的漏级作为信号输出端；所述积分电容的两端分别与所述源极跟随器的栅极和漏级耦接，用于对所述源极跟随器将要输出的信号进行积分放大；所述初始化晶体管的源极和漏级分别与所述积分电容的两端耦接，用于对所述积分电容进行复位。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素读出电路还包括与所述子像素单元数量相同的负载电流源，所述负载电流源与所述源极跟随器耦接，用于为所述源极跟随器提供偏置电流。3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述像素读出电路还包括与各子像素单元中的源极跟随器耦接的可编程增益放大器，各源极跟随器将信号输出至所述可编程增益放大器，通过所述可编程增益放大器对各路信号进行加和放大输出。4.如权利要求3所述的图像传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，马成，刘洋，刘芳园，
申请(专利权)人：杭州长光辰芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：