[发明专利]一种像素单元及其时序控制方法

权利要求书

1.一种像素单元，其特征在于，包括：

光电二极管PD的阴极连接电荷传输管TG的一端，以及抗溢流管AB的一端，所述光电二极管PD的阳极接地，所述光电二极管用于响应于光信号而生成电荷；

电荷传输管TG的另一端连接双转换增益调节晶体管DCG，所述电荷传输管TG，用于将所述光电二极管的电荷传输到第一节点；

抗溢流管AB的另一端连接溢出电荷存储管CSG；所述抗溢流管AB用于将所述光电二极管饱和范围外的电荷溢出到第三节点；

溢出电荷存储管CSG的另一端连接复位晶体管RT的一端，所述溢出电荷存储管CSG用于将所述光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点；

双转换增益调节晶体管DCG的一端为所述第一节点，所述双转换增益调节晶体管DCG的另一端与所述溢出电荷存储管CSG的另一端连接，用于通过打开或关断所述第一节点和所述第二节点之间的通路来控制对所述光电二极管PD的转换增益；

复位晶体管RT的另一端连接电源电压，用于将像素单元复位；以及

输出单元，用于放大电压并输出放大电压。

2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第二节点连接，所述第一电容的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第三节点连接，所述第二电容的另一端接地。

4.根据权利要求1至3任一项所述的像素单元，其特征在于，所述输出单元包括源跟随管SF和选通晶体管SEL，所述选通晶体管SEL通过所述源跟随管SF与电源连接；

所述源跟随管SF一端接电源电压，所述源跟随管SF的栅极连接第一节点，所述源跟随管SF的另一端与所述选通晶体管的一端连接，所述源跟随管SF用于将所述第一节点处的电压放大；

所述选通晶体管用于选择是否输出所述源跟随管SF放大的电压。

5.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述电荷传输管TG、抗溢流管AB、溢出电荷存储管CSG双转换增益调节晶体管DCG、复位晶体管RT和选通晶体管SEL。

6.根据权利要求5所述的像素单元，其特征在于，所述驱动电路与所述电荷传输管TG的栅极、双转换增益调节晶体管DCG的栅极、抗溢流管AB的栅极和溢出电荷存储管CSG的栅极均连接，以及与复位晶体管RT和选通晶体管SEL的栅极均连接。

7.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的像素单元构成的像素阵列。

8.一种像素单元的时序控制方法，应用于如权利要求1至6任意一项所述的像素单元，其特征在于，所述时序控制方法包括：

从T1时刻开始的第一时段，打开复位管RT、溢出电荷存储管CSG、抗溢流管AB、电荷传输管TG和双转换增益调节晶体管DCG，复位光电二极管PD、第一节点、第二节点和第三节点；

从T2时刻开始的第二时段，保持复位管RT和双转换增益调节晶体管DCG仍处于打开状态，关断溢出电荷存储管CSG和电荷传输管TG，弱关断抗溢流管AB，使第一节点和第二节点仍处于复位状态；并曝光；

从T3时刻开始的第三时段，使第三节点与第二节点和第一节点相连，读取第三节点、第二节点和第一节点所在寄生电容存储的电荷；

从T4时刻开始的第四时段，分别读出在高增益下光电二极管PD中存储的电荷，以及在低增益下光电二极管PD中存储的电荷。

9.根据权利要求8所述的时序控制方法，其特征在于，从T2时刻开始的第二时段，所述方法还包括：

控制溢出电荷存储管CSG周期性打开或关闭，当溢出电荷存储管CSG打开时，将第三节点与第一节点连接，以周期性地复位第三节点；在曝光时段的结束阶段，维持电荷存储管CSG处于关断状态。

10.根据权利要求8所述的时序控制方法，其特征在于，从T3时刻开始的第三时段，使第三节点与第二节点和第一节点相连，读取第三节点、第二节点和第一节点所在寄生电容存储的电荷，包括：

在T3时刻，关断复位管RT和抗溢流管AB、打开溢出电荷存储管CSG，以及保持双转换增益调节晶体管DCG仍处于打开状态、保持电荷传输管TG仍处于关断状态，使第三节点与第二节点、第一节点相连；控制源跟随管SF输入低电压，开启选通晶体管SEL，读取强光信号电压V2_HDR；

在T5时刻，打开复位管RT，复位第一节点、第二节点和第三节点中电荷；

在T6时刻，关闭复位管RT管，再开启选通晶体管SEL，读取第一节点、第二节点和第三节点中电荷为空时的强光信号电压V1_HDR；

其中第三节点、第二节点和第一节点中的存储的电荷对应的电位等于V1_HDR减去V2_HDR。