[发明专利]为图像传感器中整体存储提供滚动双重复位时序的方法及设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体成像器。更明确来说，本发明涉及用于改进成像器中整体存储的性能的新颖时序方法。

背景技术

成像器(例如，CMOS成像器)包括像素的焦平面阵列；每一像素包括光电传感器(例如，光电门、光电导体或光电二极管)，所述光电传感器覆盖衬底以在所述衬底的掺杂区域中产生光产生的电荷。读出电路针对每一像素而提供，且包括至少一源极跟随器晶体管和用于将所述源极跟随器晶体管耦合到列输出线的列选择晶体管。所述像素一般还具有浮动扩散区域，所述浮动扩散区域连接到所述源极跟随器晶体管的栅极。通过所述光电传感器产生的电荷发送到所述浮动扩散区域。并入整体存储装置的成像器包括用于将电荷从所述光电传感器转移到存储节点的晶体管以及用于将电荷从所述存储节点转移到所述浮动扩散区域的晶体管(除非所述浮动扩散区域还用作所述存储区域)。所述成像器还包括用以复位所述浮动扩散区域的晶体管。所述成像器可包括用以复位所述光电二极管的晶体管。

图1是一般用于CMOS成像器中的常规的四晶体管(4T)像素100的图解。所述像素100包括光电传感器105(图示为光电二极管)、浮动扩散电荷存储区域(浮动扩散区域)110和四个晶体管：转移晶体管115、复位晶体管120、源极跟随器晶体管125和行选择晶体管130。所述像素100接受：TX控制信号，其用于控制所述转移晶体管115的传导性；RST控制信号，其用于控制所述复位晶体管120的传导性；以及ROW控制信号，其用于控制所述行选择晶体管130的传导性。存储于所述浮动扩散区域110中的电荷控制所述源极跟随器晶体管125的传导性。当所述行选择晶体管130正在传导时，在节点135提供所述源极跟随器晶体管125的输出，所述节点135连接到像素阵列的列线。

所述转移及复位晶体管115、120的状态决定所述浮动扩散区域110在电荷集成周期期间耦合到所述光敏元件105以接收所述光敏元件105积累的光产生的电荷或是在复位周期期间耦合到来自节点140的像素电源VAAPIX。

所述像素100操作如下。断言ROW控制信号以引起所述行选择晶体管130传导。同时，断言RST控制信号而不断言TX控制信号。此举将所述浮动扩散区域110耦合到节点140处的像素电源电位VAAPIX，并将此浮动扩散区域110处的电压复位为所述像素电源电位VAAPIX，并减去与复位晶体管120相关联的电压降。可通过增强所述复位信号来避免此电压降。所述像素100在节点135输出复位信号(Vrst)。正如下面将结合图2更详细解释的，节点135一般耦合到成像器200的列线235(图2)，所述列线235经由源极跟随器放大器125提供恒定电流。

当所述转移晶体管115关闭时，所述光电传感器105暴露于入射光并依据在电荷集成周期期间的入射光级而积累电荷。在所述电荷集成周期后以及在所述RST控制信号关闭复位晶体管120后，断言所述TX控制信号。此将所述浮动扩散区域110耦合到所述光电传感器105。电荷流经所述转移晶体管115并依据积累电荷及所述浮动扩散节点的电容而减小所述浮动扩散区域110处的电压。因此所述像素100在节点135输出光信号(Vsig)。

图2是包括形成像素阵列205的多个像素100的成像器200的图解。由于空间限制，因此图2中将所述像素阵列205绘制为4行乘4列的阵列。所属领域的技术人员会明白大多数成像器200一般会在所述阵列中包括多得多的像素100。所述成像器200还包括行电路210、列电路215、数字处理电路220和存储装置225。所述成像器200还包括控制器230，用于控制所述成像器200的操作。

行电路210从像素阵列205选择一行像素100。所述选定行中的像素100经由列输出线235向列电路215输出其复位及像素信号Vrst、Vsig，列电路215针对一行中的每一像素而对所述复位及像素信号Vrst、Vsig进行取样与保持。依序逐一激活所述行以向列输出线235发送连续的行信号。