[发明专利]像素电路及图像传感器装置

说明书

本发明提供一种像素电路，所述像素电路采用多个传输晶体管：高转换增益传输晶体管及一个或多个低转换增益传输晶体管。所述像素电路包括复位晶体管，双转换增益晶体管，电容，高转换增益传输晶体管，低转换增益传输晶体管及输出单元。所述输出单元包括放大晶体管及行选择晶体管。所述像素电路还包括一个防溢出晶体管，对满阱信号进行控制。所述一个或多个低转换增益传输晶体管形成一个或多个传输支路，分别连接到所述光电二极管。所述多个低转换增益传输晶体管可分别连接到多个传输支路，或依次连接于同一传输支路。本发明还提供一种包含上述像素电路的图像传感器装置。

技术领域

本发明涉及图像传感装置，尤其涉及一种采用多个传输晶体管的像素电路及图像传感器装置。

背景技术

通常的CMOS图像传感器电路中采用传输晶体管将光敏元件，例如光电二极管PD将光电效应产生的电子传输到浮动扩散节点FD，图1为现有技术中的像素电路。图像传感器装置在不同的应用环境中，比如低光场景和高光场景，低光场景的灵敏度相对较弱，为了提高在低光场景中读出的信号能达到高光场景的信号，通常采用双增益的像素设计方式。在低光场景中，图像传感器的像素电路工作在高转换增益模式下，灵敏度较高。在高光场景中，图像传感器的像素电路工作在低转换增益模式下，灵敏度相对低，但能够读出更多的信号。

在大像素(像素阵列)图像传感器电路设计中，光电二极管的满阱信号多，就需要大尺寸传输晶体管来完成信号传输。这样会带来其他问题，例如浮动扩散点的寄生电容会比较大，转换增益也无法达到很高，会降低最高灵敏度，从而限制了低光场景下的正常使用。

为解决上述问题，提高在低光场景下图像传感器装置使用的灵敏度，同时不增加浮动扩散点的寄生电容，提高电路的转换增益，同时改善满阱信号控制，本发明提出一种高性能像素设计电路及图像传感器装置。

发明内容

本发明目的提出一种像素电路，所述像素电路采用多个传输晶体管：高转换增益传输晶体管及一个或多个低转换增益传输晶体管，所述像素电路包括：

复位晶体管，其漏极连接第一电压源，根据复位控制信号复位电路及浮动扩散点电压；

双转换增益晶体管，连接在所述复位晶体管和浮动扩散点之间；

电容，所述电容的一极连接在所述复位晶体管和所述双转换增益晶体管之间；

光电二极管，用于在光电效应中将入射光转变成电子；

高转换增益传输晶体管，连接到所述光电二极管和所述浮动扩散点之间，在低光场景下将所述光电二极管输出的电子转移到所述浮动扩散点；

一个或多个低转换增益传输晶体管，连接到所述光电二极管，在低光场景下和所述高转换增益传输晶体管一起将所述光电二极管输出的电子转移输出；

输出单元，所述输出单元包括放大晶体管和行选择晶体管，所述放大晶体管的漏极连接到第一电压源，其漏极连接到所述浮动扩散点，其源极输出端连接到所述行选择晶体管；所述行选择晶体管将所述像素电路信号连接到输出至列线；所述放大晶体管可为源极跟随晶体管；

可选地，所述像素电路还包括一防溢出晶体管，连接至所述光电二极管，用于对所述光电二极管进行满阱控制；

可选地，所述防溢出晶体管连接到所述第一电压源，或连接到独立的第二电压源；

可选地，所述多个低转换增益传输晶体管形成一个或多个传输支路，所述多个低转换增益传输晶体管分别设置于不同的传输支路，或设置于同一传输支路；所述一个或多个传输支路分别连接到所述光电二极管；

可选地，所述电容为器件电容或所述复位晶体管和所述双转换增益晶体管的连接点对地的寄生电容；所述器件电容另一极所连接的指定电压为一指定电压值或地端。