快速稳定输出线电路、快速稳定方法和成像系统

摘要

本发明涉及一种快速稳定输出线电路、快速稳定方法和成像系统。转移晶体管耦合在光电二极管与浮动扩散之间以将光电二极管中积聚的图像电荷转移到浮动扩散。复位晶体管被耦合成向浮动扩散供应复位浮动扩散电压。源极跟随器晶体管被耦合成从源极跟随器栅极端子接收浮动扩散的电压并将经放大信号提供到源极跟随器源极端子。行选择晶体管被耦合成从源极跟随器源极端子接收经放大信号并将经放大信号输出到位线。受位线使能电压控制的位线使能晶体管耦合到位线与位线源极节点之间的链路。位线耦合到空闲电压产生器、黑太阳电压产生器及钳位电压产生器。这三个电压产生器各自由基于图像传感器像素阵列的虚拟行中的虚拟像素的多个经修改虚拟像素构成。

权利要求

1.一种快速稳定输出线电路，包括：

像素单元，包括：

光电二极管PD，适于响应于入射光来积聚图像电荷；

转移TX晶体管，耦合在所述PD与浮动扩散FD之间以将所述图像电荷从所述PD转移到所述浮动扩散，其中转移栅极电压控制所述图像电荷从所述PD向所述FD的传输；

复位RST晶体管，被耦合成向所述FD供应复位FD电压VPIX，其中复位栅极电压HVDD控制所述RST晶体管；

源极跟随器SF晶体管，被耦合成从SF栅极端子接收所述FD的电压并将经放大信号提供到SF源极端子；

行选择RS晶体管，耦合在所述SF晶体管与位线之间，其中行选择栅极电压控制所述RS晶体管，且其中所述RS晶体管将所述经放大信号从所述SF源极端子传递到所述位线；以及M个第一电压产生器，其中每一个第一电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第一电压使能的所述控制下向所述位线提供第一电压，其中M是等于或大于一的整数，且其中所述第一电压是由空闲电压产生器提供的空闲电压、由黑太阳电压产生器提供的黑太阳电压及由钳位电压产生器提供的钳位电压中的一者，其中所述第一电压产生器包括经修改虚拟像素MDP，且其中所述MDP是与所述像素单元相同的单元，只是(i)TX栅极被耦合成接收VPIX而非接收所述TX栅极电压、(ii)RST栅极被耦合成接收VPIX而非接收所述RST栅极电压、以及(iii)所述SF栅极端子被耦合成接收VPIX而非接收所述FD的电压；以及位线使能晶体管，耦合在位线与位线源极节点BLSN之间，其中位线使能电压控制所述位线使能晶体管。

2.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，还包括N个第二电压产生器，其中每一个第二电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第二电压使能的控制下向所述位线提供第二电压，其中每一个第二电压产生器包括所述MDP，且其中N是等于或大于一的整数，且其中所述第二电压产生器是所述空闲电压产生器、所述黑太阳电压产生器、及所述钳位电压产生器中的一者。

3.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，还包括P个第三电压产生器，其中每一个第三电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第三电压使能的控制下向所述位线提供第三电压，其中每一个第三电压产生器包括所述MDP，且其中P是等于或大于一的整数，且其中所述第三电压产生器是所述空闲电压产生器、所述黑太阳电压产生器、及所述钳位电压产生器中的一者。

4.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，其中所述钳位电压低于所述黑太阳电压。

5.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，还包括耦合在所述BLSN与地电位(AGND)之间的电流源CS产生器，其中所述CS产生器在采样和保持SH信号的控制下从所述BLSN吸收电流，且其中在所述SH信号关断的时间段期间，所述CS产生器的所述吸收电流是通过所述CS产生器的保持电容器来维持的。

6.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，其中所述VPIX连接到经调节电压供应源，其中所述经调节电压供应源是基于供应电源电压进行调节的。

7.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，其中所述VPIX与所述HVDD具有相同的值。

8.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，其中所述VPIX与所述HVDD具有不同的值。

9.根据权利要求1所述的快速稳定输出线电路，还包括将所述经放大信号从所述位线传递到ADC输入的传输门。

10.一种使输出线电路快速稳定的方法，包括：

当通过将行选择RS栅极电压设定成低来将RS晶体管断开时，通过将复位RST栅极电压设定成高电压足够用以接通复位晶体管来将浮动扩散FD复位到复位FD电压VPIX；

当所述RST晶体管被接通且行选择晶体管被断开时，将位线预充电到通过以下操作提供的黑太阳电压：通过将黑太阳使能电压位中的每一者设定成高来导通多个黑太阳使能晶体管中的每一者以及通过将钳位使能电压位中的每一者设定成低来将多个钳位使能晶体管中的每一者关断；

当所述RST晶体管被接通且所述行选择晶体管被断开时，通过将空闲使能电压位设定成高以导通多个空闲使能晶体管中的每一者来将位线预充电到源极跟随器SF源极复位电压；

通过在不同时间将所述空闲使能电压位中的一些空闲使能电压位设定成低以将相应的空闲使能晶体管关断来中断从空闲电压产生器到所述位线的所述预充电，其中对最后一个所述空闲使能晶体管进行的所述关断与通过将所述RS栅极电压设定成高来对所述RS晶体管进行的接通重合；

通过将RS栅极电压设定成高以接通所述RS晶体管来将SF源极端子连接到所述位线；

通过将所述RST栅极电压设定成低以断开所述RST晶体管来将所述FD从像素电压断开；

以及

从所述FD读取背景信号，其中SF晶体管在SF栅极端子处接收所述背景信号并在SF源极端子处提供经放大背景信号，其中所述RS晶体管将所述经放大背景信号通过接通的所述RS晶体管从所述SF源极端子传递到所述位线，且其中所述经放大背景信号从所述位线被传递到ADC输入端子。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

当所述RST晶体管被接通且行选择晶体管被断开时，通过将采样和保持SH电压设定成高以激活电流源CS产生器来对所述电流源产生器中的偏压电容器进行预充电；以及当所述复位晶体管仍被接通时，通过将所述SH电压设定成低来中断对所述CS产生器中的所述偏压电容器的所述预充电以使所述电流源产生器维持使能吸收电流流过内部保持电容器。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括通过转移TX栅极电压的双态触变使TX晶体管接通及断开来将所积聚的图像电荷从光电二极管转移到所述FD。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在通过将所述TX栅极电压设定成低来将所述TX晶体管断开之后，通过将所述黑太阳使能电压位设定成低来将所述黑太阳使能晶体管关断，且通过将所述钳位使能电压位设定成高来导通所述钳位使能晶体管。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述SF晶体管通过接通的所述RS晶体管将来自所述FD的所述图像电荷转换成去往所述位线的经放大图像信号，且其中所述经放大图像信号被从所述位线传递到ADC输入端子。

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过对传输门进行使能，所述传输门将所述经放大图像信号从所述位线传递到所述ADC输入端子。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述黑太阳电压高于由每一个钳位使能晶体管提供到所述位线的钳位电压。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述SF源极复位电压是当所述FD通过所述RST晶体管被复位到VPIX时且当所述RS晶体管被断开时所述SF源极端子的电压值。

18.一种具有快速稳定输出线电路的成像系统，包括：

由像素单元形成的像素阵列，其中每一个像素单元包括：

光电二极管PD，适于响应于入射光来积聚图像电荷；

转移TX晶体管，耦合在所述PD与浮动扩散FD之间以将所述图像电荷从所述PD转移到所述浮动扩散，其中转移栅极电压控制所述图像电荷从所述PD向所述FD的传输；

复位RST晶体管，被耦合成向所述FD供应复位FD电压VPIX，其中复位栅极电压HVDD控制所述RST晶体管；

源极跟随器SF晶体管，被耦合成从SF栅极端子接收所述FD的电压并将经放大信号提供到SF源极端子；

行选择RS晶体管，耦合在所述SF晶体管与位线之间，其中行选择栅极电压控制所述RS晶体管，且其中所述RS晶体管将所述经放大信号从所述SF源极端子传递到所述位线；以及M个第一电压产生器，其中每一个第一电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第一电压使能的控制下向所述位线提供第一电压，其中M是等于或大于一的整数，且其中所述第一电压是由空闲电压产生器提供的空闲电压、由黑太阳电压产生器提供的黑太阳电压及由钳位电压产生器提供的钳位电压中的一者，其中所述第一电压产生器包括经修改虚拟像素MDP，且其中所述MDP是与所述像素单元相同的单元，只是(i)TX栅极被耦合成接收VPIX而非接收所述TX栅极电压、(ii)RST栅极被耦合成接收VPIX而非接收RST栅极电压、以及(iii)所述SF栅极端子被耦合成接收VPIX而非接收所述FD的电压；以及位线使能晶体管，耦合在位线与位线源极节点BLSN之间，其中位线使能电压控制所述位线使能晶体管；

控制电路系统，耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述控制电路系统向所述像素阵列提供所述TX栅极电压、所述RST栅极电压、所述RS栅极电压、所述位线使能电压、采样和保持SH电压、钳位控制电压、钳位使能电压、黑太阳控制电压、黑太阳使能电压、空闲使能电压、MDP钳位使能电压位、MDP黑太阳使能电压位、及MDP空闲使能电压位；

读出电路系统，通过多个读出列耦合到所述像素阵列，以从多个像素读出图像数据；以及

功能逻辑，被耦合成从所述读出电路系统接收图像数据以存储来自所述多个像素中的每一者的所述图像数据，其中所述功能逻辑向所述控制电路系统提供指令。

19.根据权利要求18所述的成像系统，还包括N个第二电压产生器，其中每一个第二电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第二电压使能的控制下向所述位线提供第二电压，其中每一个第二电压产生器包括所述MDP，且其中N是等于或大于一的整数，且其中所述第二电压产生器是所述空闲电压产生器、所述黑太阳电压产生器、及所述钳位电压产生器中的一者。

20.根据权利要求18所述的成像系统，还包括P个第三电压产生器，其中每一个第三电压产生器被配置成接收所述VPIX并在第三电压使能的控制下向所述位线提供第三电压，其中每一个第三电压产生器包括所述MDP，且其中P是等于或大于一的整数，且其中所述第三电压产生器是所述空闲电压产生器、所述黑太阳电压产生器、及所述钳位电压产生器中的一者。

21.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述钳位电压低于所述黑太阳电压。

22.根据权利要求18所述的成像系统，还包括电流源CS产生器，耦合在所述BLSN与地电位(AGND)之间，其中所述CS产生器在采样和保持信号的控制下从所述BLSN吸收电流，且其中在所述SH信号关断的时间段期间，所述CS产生器的所述吸收电流是通过所述CS产生器的保持电容器来维持的。

23.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述VPIX连接到经调节电压供应源，其中所述经调节电压供应源是基于供应电源电压进行调节的。

24.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述VPIX与所述HVDD具有相同的值。

25.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述VPIX与所述HVDD具有不同的值。

26.根据权利要求18所述的像系统，还包括将所述经放大信号从所述位线传递到ADC输入的传输门。

27.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述MDP是基于虚拟像素修改的，且其中每一个虚拟像素是所述像素阵列中待使用的多个虚拟行中的每一个虚拟行中的多个虚拟像素中的一个虚拟像素。

说明书

快速稳定输出线电路、快速稳定方法和成像系统

技术领域

[0001] 本发明大体来说涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，且具体来说涉及但并非只涉及应用于图像传感器中的光电二极管像素单元及所述光电二极管像素单元的输出线(位线)的装置及方法，所述图像传感器能够在图像信号的读出期间使位线快速稳定以减少固定图案噪声(FPN)并维持供应电源的稳定性。

背景技术

[0002] 图像传感器已普遍存在。图像传感器广泛用于数字照相机(digital still camera)、手机、安全照相机以及医疗、汽车及其他应用中。这些应用中的许多应用需要使用高动态范围(High dynamic range，HDR)图像传感器。人眼一般具有高达约100分贝(dB)的动态范围。对于汽车应用来说，常常需要具有超过100dB动态范围的图像传感器来处理不同的驾驶状况，例如在穿过黑暗的隧道驶入明亮的阳光中时。

[0003] HDR图像传感器并非始终正确地执行HDR功能。常见的缺点包括会由固定图案噪声(fixed pattern noise，FPN)导致图像劣化、随机噪声大、与电荷晕染相关联的分辨率降低、存在运动伪影(motion artifact)、灵敏度固定以及在使用多个光电二极管时填充因数(fill factor)较低，其中填充因数是像素的感光面积对像素的总面积的比率。

[0004] 当使用图像传感器时，多个像素单元中的每一者中的光生电子(photo-generated electron)从光电二极管(photodiode，PD)转移到浮动扩散(floating diffusion，FD)以供后续读出。耦合在PD与FD之间的转移(transfer，TX)晶体管在施加到TX栅极端子的电压脉冲的控制下接通及断开以实现这种电荷转移。由于在TX栅极端子与FD之间始终存在耦合电容，因此施加在TX栅极上的脉冲信号始终在很大程度上耦合到FD。这称为TX馈通(TX feed-through)。所述脉冲信号通过源极跟随器(source follower，SF)晶体管及行选择(row select，RS)晶体管波动到像素单元的输出线(也称为位线)。这种大的不期望的脉冲的传播是不可避免的，且甚至也会对暗信号(由像素内部的非光生本征电子(non-photo-generated,intrinsic electrons)引起的信号)造成恼人的FPN。对于任何给定的位线来说，由于所述给定的位线连接到列中的所有像素，因此所述给定的位线具有明显的阻容(capacitive and resistive，RC)负载。因此，位线上的任何状态改变均会因这种RC延迟而不可避免地变慢。也就是说，一旦在位线上发生状态改变，便会耗用长的时间才能稳定到重新更新的步长电平(step level)。这受所谓的RC时间常数支配。对于任何给定的输入步长Vin来说，其稳定时间受下式支配：

[0005]

[0006] 其中时间常数τ＝RC，且V0.5LSB是单个位等效电压(single bit equivalent voltage)值的一半。

[0007] 解决此问题的其中一种典型解决方案是使用钳位电压产生器来对位线电压进行钳位以限制其摆动。此有助于抑制由接近电压范围的下端的电压所带来的高光带化(high-light-banding)。这个目标是通过不允许位线降到低于钳位电压限值来实现的。结果，这会减少在高光照条件下的FPN。然而，这一解决方案导致电源供应对每一步长电压改变做出反应而引起大的电流变化，此转而会在传感器上引起其他不期望的性能问题。

[0008] 另一种解决方案是在电荷转移期间将像素单元从像素单元的输出线(位线)断开，此同样借助于所添加的钳位电压产生器。钳位电压产生器不允许位线电压降到低于某一电压电平。因此，当发生电荷转移时，位线上的电压改变可减小，且稳定时间可缩短。另外，钳位电压产生器使总电源供应(AVDD)电流保持接近恒定，以避免电源供应发生大的变化。通过这一解决方案，在RS晶体管再次重新接通以将像素输出重新连接到位线之后，在与最高电压相关的完全黑暗条件下，位线被流过SF晶体管的上拉电流充电而不会被相对弱的电流源产生器的下拉电流吸收。由于SF电流不受电流源产生器限制，因此稳定时间也缩短。始终达到较快的上拉。这意味着，在低光照条件下较快地稳定是这种解决方案的明显优点所在。然而，在强光照条件下的性能仍然是问题，因为光强度的较高反差会在位线上造成较大的电压降，此会直接导致稳定时间较长。

[0009] 此外，随着像素大小变小且所利用的转换增益变高，FD电容可变得过小而使得TX馈通可能容易超出模拟-数字转换器(analog-digital converter，ADC)输入电压的范围。

发明内容

[0010] 根据本公开实施例，提供一种输出线电路、快速稳定方法和成像系统以快速稳定位线。

[0011] 根据本公开实施例，一种快速稳定输出线电路包括：像素单元，包括：光电二极管，适于响应于入射光来积聚图像电荷；转移晶体管，耦合在所述光电二极管与浮动扩散之间以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散，其中转移栅极电压控制所述图像电荷从所述光电二极管向所述浮动扩散的传输；复位晶体管，被耦合成向所述浮动扩散供应复位浮动扩散电压，其中复位栅极电压控制所述复位晶体管；源极跟随器晶体管，被耦合成从源极跟随器栅极端子接收所述浮动扩散的电压并将经放大信号提供到源极跟随器源极端子；行选择晶体管，耦合在所述源极跟随器晶体管与位线之间，其中行选择栅极电压控制所述行选择晶体管，且其中所述行选择晶体管将所述经放大信号从所述源极跟随器源极端子传递到所述位线；以及，M个第一电压产生器，其中每一个第一电压产生器被配置成接收所述复位浮动扩散电压并在第一电压使能的控制下向所述位线提供第一电压，其中M是等于或大于一的整数，且其中所述第一电压是由空闲电压产生器提供的空闲电压、由黑太阳电压产生器提供的黑太阳电压及由钳位电压产生器提供的钳位电压中的一者，其中所述第一电压产生器包括经修改虚拟像素，且其中所述经修改虚拟像素是与所述像素单元相同的单元，只是：(i)转移栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述转移栅极电压；(ii)复位栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述复位栅极电压；以及(iii)源极跟随器栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述浮动扩散；以及，位线使能晶体管，耦合在位线与位线源极节点之间，其中位线使能电压控制所述位线使能晶体管。

[0012] 根据本公开实施例，一种使输出线电路快速稳定的方法包括：当通过将行选择栅极设定成低电平来将行选择晶体管断开时，通过将复位栅极电压设定成高电压以接通复位晶体管来将浮动扩散复位到复位浮动扩散电压；当所述复位晶体管被接通且行选择晶体管被断开时，将位线预充电到通过以下操作提供的黑太阳电压：通过将黑太阳使能电压位中的每一者设定成高电平来导通多个黑太阳使能晶体管中的每一者以及通过将钳位使能电压位中的每一者设定成低电平来将多个钳位使能晶体管中的每一者关断；当所述复位晶体管被接通且所述行选择晶体管被断开时，通过将空闲使能电压位设定成高电平以导通多个空闲使能晶体管中的每一者来将位线预充电到源极跟随器源极复位电压；通过在不同时间将所述空闲使能电压位中的一些空闲使能电压位设定成低电平以将相应的空闲使能晶体管关断来中断从空闲电压产生器到所述位线的所述预充电，其中对最后一个所述空闲使能晶体管进行的关断与通过将所述行选择栅极电压设定成高电平来对所述行选择晶体管进行的接通重合；通过将行选择栅极电压设定成高电平以接通所述行选择晶体管来将源极跟随器源极端子连接到所述位线；通过将所述复位栅极电压设定成低电平以断开所述复位晶体管来将所述浮动扩散从像素电压断开；以及，从所述浮动扩散读取背景信号，其中源极跟随器晶体管在源极跟随器栅极端子处接收所述背景信号并在源极跟随器源极端子处提供经放大背景信号，其中所述行选择晶体管将所述经放大背景信号通过接通的所述行选择晶体管从所述源极跟随器源极端子传递到所述位线，且其中所述经放大背景信号从所述位线被传递到模拟-数字转换器输入端子。

[0013] 根据本公开实施例，一种具有快速稳定输出线电路的成像系统包括：由像素单元形成的像素阵列，其中每一个像素单元包括：光电二极管，适于响应于入射光来积聚图像电荷；转移晶体管，耦合在所述光电二极管与浮动扩散之间以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散，其中转移栅极电压控制所述图像电荷从所述光电二极管向所述浮动扩散的传输；复位晶体管，被耦合成向所述浮动扩散供应复位浮动扩散电压，其中复位栅极电压控制所述复位晶体管；源极跟随器晶体管，被耦合成从源极跟随器栅极端子接收所述浮动扩散的电压并将经放大信号提供到源极跟随器源极端子；行选择晶体管，耦合在所述源极跟随器晶体管与位线之间，其中行选择栅极电压控制所述行选择晶体管，且其中所述行选择晶体管将所述经放大信号从所述源极跟随器源极端子传递到所述位线；以及，M个第一电压产生器，其中每一个第一电压产生器被配置成接收所述复位浮动扩散电压并在第一电压使能的控制下向所述位线提供第一电压，其中M是等于或大于一的整数，且其中所述第一电压是由空闲电压产生器提供的空闲电压、由黑太阳电压产生器提供的黑太阳电压及由钳位电压产生器提供的钳位电压中的一者，其中所述第一电压产生器包括经修改虚拟像素，且其中所述经修改虚拟像素是与所述像素单元相同的单元，只是：(i)转移栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述转移栅极电压；(ii)复位栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述复位栅极电压；以及(iii)源极跟随器栅极被耦合成接收复位浮动扩散电压而非接收所述浮动扩散；以及，位线使能晶体管，耦合在位线与位线源极节点之间，其中位线使能电压控制所述位线使能晶体管；控制电路系统，耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述控制电路系统向所述像素阵列提供所述转移栅极电压、所述复位栅极电压、所述行选择栅极电压、所述位线使能电压、采样保持电压、钳位控制电压、钳位使能电压、黑太阳控制电压、黑太阳使能电压、空闲使能电压、经修改虚拟像素钳位使能电压位、经修改虚拟像素黑太阳使能电压位、及经修改虚拟像素空闲使能电压位；读出电路系统，通过多个读出列耦合到所述像素阵列，以从所述多个像素读出图像数据；以及，功能逻辑，被耦合成从所述读出电路系统接收图像数据以存储来自所述多个像素单元中的每一者的所述图像数据，其中所述功能逻辑向所述控制电路系统提供指令。

附图说明

[0014] 参照以下各图来阐述本发明的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另外指明，否则在所有各个视图中相同的参考编号指代相同部件。

[0015] 图1示出根据本公开实施例的成像系统的一个实例。

[0016] 图2是根据本公开实施例的成像传感器中的像素单元及像素输出电路的方块图的示例性示意图，所述成像传感器能够使其位线快速稳定。

[0017] 图3是根据本公开实施例的成像传感器中的像素阵列及虚拟像素的方块图的示例性示意图，所述成像传感器用于使其位线快速稳定。

[0018] 图4是根据本公开实施例的成像传感器中的像素单元及像素输出电路的方块图的示例性示意图，所述成像传感器能够通过使用经修改虚拟像素单元进行钳位来使其位线快速稳定。

[0019] 图5是根据本公开实施例的与成像传感器中的光电二极管为了达到位线稳定而进行的操作相关联的示例性波形。

[0020] 图6是根据本公开实施例的与图5所示事件相关联的例示性流程图。

[0021] 在图式的所有几个视图中，对应的参考字符表示对应的组件。所属领域中的技术人员应理解，图中的元件是出于简洁及清晰的目的而示出且未必按比例绘制。举例来说，可相对于其他元件夸大图中的一些元件的尺寸以助于增进对本发明各个实施例的理解。另外，在商业上可行的实施例中可使用的或必要的常见但熟知的元件常常不被示出，以便不妨碍本发明这些各种实施例的视图。

[0022] [符号的说明]

[0023] 100：成像系统；

[0024] 102：像素阵列；

[0025] 104：控制电路系统/控制电路；

[0026] 106：读出电路系统；

[0027] 108：功能逻辑；

[0028] 110：读出列/读出列线；

[0029] 200：图像传感器系统；

[0030] 201：像素单元/正常像素单元；

[0031] 202：光电二极管(PD)/检测光电二极管；

[0032] 204、454：转移(TX)晶体管；

[0033] 206：转移(TX)栅极电压/转移存储栅极(TSG)电压；

[0034] 208、458：浮动扩散(FD)；

[0035] 210、460：复位(RST)晶体管；

[0036] 212：复位(RST)栅极电压(HVDD)/复位栅极电压；

[0037] 216：源极跟随器(SF)晶体管；

[0038] 218：源极跟随器(SF)源极端子/SF输出/SF源极电位；

[0039] 220、470：行选择(RS)晶体管；

[0040] 222：行选择(RS)栅极电压；

[0041] 224：位线/浮动位线；

[0042] 226：位线使能晶体管；

[0043] 227：电流源(CS)产生器；

[0044] 228：位线使能电压/位线使能电压bl_en/位线使能信号bl_en；

[0045] 229：采样保持(SH)电压/采样保持(SH)电压脉冲/SH脉冲；

[0046] 230：位线源极节点(BLSN)；

[0047] 231、431：空闲电压(IV)产生器；

[0048] 232：空闲电源供应晶体管；

[0049] 234：空闲电源供应电压；

[0050] 236、450：空闲使能晶体管；

[0051] 238：空闲使能电压/空闲使能信号；

[0052] 251：黑太阳电压(BV)产生器；

[0053] 252：黑太阳电源供应晶体管；

[0054] 254：黑太阳电源供应电压；

[0055] 256：黑太阳晶体管；

[0056] 258：黑太阳控制电压；

[0057] 260：可调整的黑太阳电压；

[0058] 262：黑太阳使能晶体管；

[0059] 264：黑太阳使能电压；

[0060] 271、471：钳位电压(CV)产生器；

[0061] 272：钳位电压晶体管；

[0062] 274：钳位控制电压；

[0063] 276：可调整的钳位电压；

[0064] 278、490：钳位使能晶体管；

[0065] 280：钳位使能电压；

[0066] 288：位线寄生电容器/寄生电容器(Cp)；

[0067] 291：传输门；

[0068] 292：模拟-数字转换器输入端子/输入端子；

[0069] 300：例示图；

[0070] 310：有源图像传感器阵列/区/有源图像传感器像素阵列；

[0071] 320：虚拟行/区/过渡区；

[0072] 322：经修改虚拟像素(MDP)/待使用像素；

[0073] 330：光学黑行/区；

[0074] 400：电路系统；

[0075] 449：空闲使能电压位/空闲使能电压idle_en；

[0076] 451：黑太阳电压(BV)产生器/虚拟像素；

[0077] 452：光电二极管(PD)；

[0078] 466：源极跟随器(SF)晶体管；

[0079] 469：黑太阳使能电压位/黑太阳使能电压(bsun_en)；

[0080] 489：钳位使能电压位/经修改虚拟像素钳位使能电压位；

[0081] 500：信号读出操作；

[0082] 502、520、522、524、528：时间；

[0083] 510、530、540、550、560：时间区；

[0084] 600：流程图；

[0085] 602、610、630、640、650、660：过程块/方块；

[0086] 620、624、628：过程块；

[0087] C1、C2、C3、C4、C5～Cx：列；

[0088] R1、R2、R3、R4、R5～Ry：行。

具体实施方式

[0089] 本文中阐述了使成像传感器中的像素输出线快速稳定的装置及方法的实施例。在以下说明中，陈述许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域中的技术人员应认识到，本文所述技术可在不使用这些具体细节中的一个或多个具体细节的条件下来实践或者可使用其他方法、组件、材料等来实践。在其他情形中，未详细地示出或阐述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊不清。

[0090] 本说明书通篇中所提及的“一个实例”或“一个实施例”意指结合所述实例所阐述的特定特征、结构或特性包括于本发明的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇中各处出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必均指同一实例。另外，在一个或多个实例中，所述特定特征、结构或特性可以任何适合的方式进行组合。

[0091] 在本说明书通篇中，使用了若干技术用语。除非在本文中具体地定义或者在使用这些用语的上下文中清楚地表明，否则这些用语采用它们在所属领域中的通常含义。

[0092] 图1示出根据本公开实施例的成像系统100的一个实例。成像系统100包括像素阵列102、控制电路系统104、读出电路系统106及功能逻辑108。在一个实例中，像素阵列102是二维(two-dimensional，2D)光电二极管阵列、或图像传感器像素(例如，像素P1、P2、...、Pn)。如图中所示，光电二极管被排列成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获得人、场所、物体等的图像数据，所述图像数据可接着用于呈现人、场所、物体等的二维图像。然而，光电二极管并非必须排列成行及列，而是也可采用其他配置方式。

[0093] 在一个实例中，在像素阵列102中的每一个图像传感器光电二极管/像素通过光生图像电荷而获得其图像电荷之后，由读出电路系统106读出对应的图像数据，且接着将对应的图像数据转移到功能逻辑108。读出电路系统106可耦合到来自像素阵列102中的所述多个光电二极管的读出图像数据。在各种实例中，读出电路系统106可包括放大电路系统，模拟-数字转换(ADC)电路系统、或其他电路系统。在一个实例中，读出电路系统106可沿着读出列线110(图中所示)一次读出一行图像数据，或者可使用各种其他技术(未示出)(例如，串行读出或所有像素同时全平行读出)来读出图像数据。功能逻辑108可存储图像数据或甚至通过应用后期图像效果(例如，裁剪、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度、或其他后期图像效果)来操纵图像数据。

[0094] 在一些实施例中，功能逻辑108可能要求满足某些成像条件，且因此可指示控制电路系统104操纵像素阵列102中的某些参数来实现更好的品质或特殊效果。

[0095] 图2是根据本公开实施例的成像传感器中的像素单元及像素输出电路的方块图的一个实例，所述图像传感器能够使其输出线(位线224)快速稳定。图像传感器系统200的所示实施例在典型的4晶体管(4transistor，4T)像素单元201中可包括检测光电二极管(PD)202，其中4T部分可包括转移(TX)晶体管204、复位(reset，RST)晶体管210、源极跟随器(SF)晶体管216及行选择(RS)晶体管220。RS晶体管220连接在SF晶体管216的源极端子与位线
224之间，SF晶体管216的漏极端子直接连接到像素电压(pixel voltage，VPIX)，如图2所示。VPIX可连接到电源供应电压AVDD，或者可连接到经调节电压供应源，其中经调节电压供应源是基于来自AVDD的电源供应进行调节的。TX晶体管204的漏极、RST晶体管210的源极及SF晶体管216的栅极在其中发生交会的节点是浮动扩散(FD)208。受控制电路系统104(参见图1)控制的复位(RST)栅极电压212及RS栅极电压222能够分别使RST晶体管210及RS晶体管
220导通。

[0096] 转移(TX)栅极电压206对TX晶体管204进行使能。当对TX栅极电压206施加高的连接电压时，TX晶体管204可接通，在这种情况下，在一个实施例中，光电二极管(PD)202直接连接到TX晶体管204的TX接收端子207，在PD 202处积聚的光生信号电荷可通过TX晶体管204转移到FD 208。在另一个实施例中，在TX晶体管204的TX接收端子处存在的由转移存储(transfer storage，TS)晶体管从PD 202转移来的存储电荷可通过TX晶体管204转移到FD 
208。当对TX栅极电压206施加足够低的断开电压时，TX晶体管204可断开。

[0097] 当RS晶体管220在RS栅极电压222被设定成高电平而接通时，来自SF晶体管216的源极端子的经放大图像信号被递送到位线224。位线224上的模拟图像信号最终被提供到ADC的输入端子292。在一个实施例中，当对应的传输门291被使能时，这种ADC是耦合到每一条位线或图1所示读出列110的所述多个ADC中的一个ADC。

[0098] 位线使能晶体管226连接在位线224与位线源极节点(bitline source node，BLSN)230之间。当位线使能电压bl_en 228被设定成高电平时，位线使能晶体管226被接通，且位线224连接到BLSN 230。

[0099] 电流源(CS)产生器227耦合在BLSN 230与模拟地电位(AGND)之间。BLSN 230可被CS产生器227吸收电流。

[0100] 三个电压产生器连接到位线224以向位线224提供电流。这三个电压产生器是空闲电压(idle voltage，IV)产生器231、黑太阳电压(blacksun voltage，BV)产生器251及钳位电压(clamp voltage CV)产生器271。

[0101] 空闲电压(IV)产生器231用作位线224的电流源。此IV产生器231(对黑太阳电压产生器251)进行补充以维持位线224的空闲电位，而不论位线使能晶体管226是否使位线224浮动。此IV产生器231向浮动位线224提供附加电流，浮动位线224在进行水平空白(H-空白)时具有主要由寄生电容器Cp 288表示的负载。对于图像传感器的像素阵列102的每一行而言，H-空白在新的读出循环之前清除整个并发行(concurrent row)中的每一个读出列110。在一个实施例中，当RS晶体管220断开时，在SF晶体管216的栅极被RST晶体管210设定成复位FD电压(VPIX)时空闲电位维持处于与SF源极端子218的值最接近的值。VPIX是用于对受RST栅极电位HVDD控制的浮动扩散进行复位的电压。HVDD受控制电路系统104控制。当RS晶体管220被重新接通时(在前面提及的一个实施例中便可为这种情形)，位线224处的电位已被预充电到SF源极端子218的相似的电平，因此位线224与SF晶体管216连接的稳定时间大大缩短。这是因为当在这种实施例中位线224重新连接到SF晶体管216时，位线224与SF输出
218之间的电压差大大减小。IV产生器231包括空闲电源供应晶体管232，空闲电源供应晶体管232接收VPIX并提供空闲电源供应电压234。当空闲使能晶体管236被空闲使能信号238接通时，空闲电源供应电压234驱动位线224。空闲使能信号238受控制电路系统104控制。

[0102] 黑太阳电压(BV)产生器251包括黑太阳电源供应晶体管252、黑太阳晶体管256及黑太阳使能晶体管262。黑太阳电源供应晶体管252提供黑太阳电源供应电压254，由于黑太阳电源供应晶体管252的漏极端子与源极端子之间的电压降，黑太阳电源供应电压254保证低于VPIX。黑太阳晶体管256接收黑太阳电源供应电压254并在黑太阳控制电压Vbsun 258的控制下提供可调整的黑太阳电压260。黑太阳使能晶体管262在黑太阳使能电压264的控制下将位线224上拉到可调整的黑太阳电压260。

[0103] 钳位电压(CV)产生器271包括钳位电压晶体管272及钳位使能晶体管278。钳位电压晶体管272接收VPIX并在钳位控制电压Vclamp 274的控制下提供可调整的钳位电压276。钳位使能晶体管278在钳位使能电压280的控制下将位线224上拉到可调整的钳位电压276。

[0104] 可调整的黑太阳电压260在BLSN 230上提供的电位比可调整的钳位电压276在BLSN 230上提供的电位高得多。如果VPIX(像素电路的最高电位)表示最暗图像边界(ADC将其看作转换范围的上限)，且任何正常背景信号略低于VPIX，则将可调整的黑太阳电压260设定成低于那些背景信号的最低电压。由BV产生器251提供到位线224的黑太阳电压仍然表示暗图像，并且仅比那些背景信号稍暗。在下面的段落中解释了BV产生器251的用途。

[0105] 使用黑太阳电压是为了避免所谓的日食效应(sun eclipse effect)(或黑太阳效应)。也就是说，当图像传感器直接面对阳光时，FD 208处按照推测为“暗”的背景被填充大量电子，所述电子是直接在FD上产生的(由于FD本身是感光性物质)或者是从环绕FD的硅酮不可阻挡地晕染的。因此，这种按照推测为“暗”的背景噪声信号被转换及保存为实际的亮信号。在ADC之后基于相关双采样(correlated double sampling，CDS)方法在稍后保存真实亮(加上噪声)信号之后，这两个所保存的几乎相等的“亮”信号相减会得到接近“零”的最终信号，所述接近“零”的最终信号等效于在原本应呈现亮太阳的位置处的黑色图像。可看出，如果保持原样，则由于上述减法，亮太阳会变成黑太阳—因此其命名为“黑太阳”。为了克服黑太阳效应，当在CDS过程期间采用已知的背景信号(黑色或接近黑色)时，黑太阳电压强制使用黑电平。因此，图像中的太阳将不再是黑色的。

[0106] 控制电路系统104基于关于在何处存在正常背景信号的电平的反馈来控制黑太阳控制电压Vbsun 258。一旦功能逻辑108确定了(许多正常背景信号中的)最低等效电压，所述值便被馈送到控制电路系统104。且接着，将经过更新的黑太阳控制电压Vbsun 258馈送到BV产生器251以确保对于CDS过程而言背景信号将足够“黑”。在电位方面，黑太阳电压设定不会远低于VPIX的值的相对高的电压限值。

[0107] 与可调整的黑太阳电压260相比，可调整的钳位电压276设定最低限值电压。所述最低限值电压表示最亮图像边界(ADC将其看作转换范围的下端)。

[0108] 控制电路104提供全部四个控制信号：钳位控制电压Vclamp 274、钳位使能电压280、黑太阳控制电压Vbsun 258及黑太阳使能电压264，以控制BV产生器251及CV产生器
271。

[0109] 图3是现实中正常制作的像素阵列102的例示图300。像素阵列102不仅由有源图像传感器阵列310组成，而且还由许多光学黑行330组成。在有源图像传感器阵列310与光学黑行330之间具有由许多所谓的虚拟行320制成的区以用作过渡区。每一个虚拟行及每一个光学黑行具有P1、P2、…、Px像素单元(与在有源图像传感器阵列310的每一行中存在的P1、P2、…Px像素单元非常相同的单元)。简单来说，像素阵列102中的所有像素单元是完全相同的单元，而不论单元实际位于区310、320或330中的哪一区中。

[0110] 光学黑行330用于校准有源图像传感器阵列310的真实黑噪声电平。为了维持光学黑行330的真实黑度，光学黑行330被金属屏障(图3所示虚线框)覆盖—金属屏障是当在像素阵列102中制作所有光电二极管时在制造期间由真实金属(real metal)制成的层。当金属屏障层如由虚线区域(其大于图3所示光学黑行区330)所示由恰当厚度及恰当区域悬垂(area overhang)制成时，金属屏障层会阻挡光到达所有的光学黑行330。结果，在区310与区330之间实施有且在实体上插入有虚拟行320作为过渡区320。由于在像素阵列102中所有像素单元和成像传感器中的每一个虚拟行中的P1、P2、…、Px虚拟像素的相同，因此每一个虚拟像素被修改成且用于根据本公开的实施例使位线224快速稳定。

[0111] 原则上，对每一个虚拟像素进行修改以形成经修改虚拟像素(modified dummy pixel，MDP)。每一个MDP可用作任何类型(IV/BV/CV)的电压产生器。在与正常像素单元201相同地表示的任何给定的虚拟像素与图4的451中所绘示的MDP之间进行的比较示出了这是如何发挥作用的。在图4中，与201相同的每一个虚拟像素可被分成两部分。第一部分由PD202/452、TX晶体管204/454、FD 208/458及RST晶体管210/460组成。第二部分由SF晶体管216/466及RS晶体管220/470组成。将SF栅极从正常像素单元201中的FD 208重新路由到任何虚拟像素中的SF漏极这一物理修改本身可将虚拟像素451的第二部分转换成电压产生器。这如图4所示一样简单容易。同样简单容易的是，在对虚拟像素的第一部分的修改中，TX栅极及RST栅极二者均联接到高电压VPIX。因此，对虚拟像素的第一部分及第二部分二者的修改会将虚拟像素转换成MDP，其中虚拟像素中的旧的RS栅极端子用作MDP中的电压产生器的产生器使能(gen_en)。

[0112] 像素单元中的VPIX与RST栅极控制电压HVDD可具有相同或不同的电位。在这两种情况下，利用MDP，来自PD 452的光生电荷均通过TX晶体管454、FD 458及RST晶体管460到电源被猝灭。FD 458本身作为感光性装置还产生光致电子(photo induced electrons)，所述光致电子在PD电荷被猝灭的同时通过RST晶体管460被猝灭。从PD 452或FD 458产生的电荷可能会晕染到相邻的像素中并导致不期望的结果。必须在发生任何损坏之前，如在MDP中所执行的一样积极地抑制这些不受欢迎的电荷。

[0113] 图4示出这三个电压产生器(IV产生器431、BV产生器451及CV产生器471)中的每一者现在可由一个或多个MDP取代。使用额外的MDP会使每一个电压产生器具有额外的提供电流的能力。如图4所示，IV产生器431可由M个MDP组成；黑太阳电压产生器451可由N个MDP组成；且CV产生器471可由P个MDP组成，其中M、N及P分别是值等于或大于1的整数。

[0114] 由于图3所示区320中存在多个虚拟行，因此可对这三个电压产生器中的每一者使用多个MDP。对于每一列读出而言，如图3中从顶部到底部所示，如在一个实施例中一样，BV产生器451可采用由bsun_en[0]及bsun_en[1](或设计语言中的bsun_en[1:0])使能的两个MDP。CV产生器471可采用由clamp_en[1:0]使能的另外两个MDP。IV产生器431可采用虚拟行中由idle_en[m:0]使能的可用的所有其余MDP，其中m是等于或大于2的整数。IV产生器431具有比BV产生器及CV产生器多的MDP的原因将在后面在图5部分中进行论述。目前，可至少看到以下两个边缘虚拟行未被使用：在顶部上与有源图像传感器像素阵列310的边界相邻的一个边缘虚拟行；以及在底部上与光学黑行的边界的一个边缘虚拟行。顶部边缘虚拟行没有动过(left untouched)以用作缓冲区来使有源图像传感器与用于实施IV产生器/BV产生器/CV产生器的虚拟行之间的干扰最小化。底部边缘虚拟行没有动过以用作缓冲区来使光学黑行与用于实施IV产生器/BV产生器/CV产生器的虚拟行之间的干扰最小化。

[0115] 图5是根据本公开实施例的成像传感器中的像素单元及像素单元的输出电路的示例性信号读出操作500，所述成像传感器能够使其输出线(位线224)快速稳定。为更好地理解图5以及图5表示的序列，在图6中提供了时序流程图来结合图4解释在图5中发生的所有主要事件。

[0116] 图6是根据本公开实施例的示例性流程图600。流程图600可示出完整的行读出循环并展示可如何使用所公开的电路系统400在典型的数据读出循环中实现位线224的快速稳定。

[0117] 流程图600首先进行过程块602(其对应于图5中的时间502)，且接着进行过程块610。方块602标记读出循环的开始，此时读出电路系统106读出新的一行多个像素单元。过程块610与图5所示时间区510相关。过程块610与像素阵列102的每一行的水平空白(H-空白)重合。H-空白在新的行读出循环之前清除整个并发行中的每一个读出列110。在电路状况方面，在方块610期间，RST晶体管210被RST栅极电压212接通以将FD 208复位到HVDD。同时，在一个实施例中，RS晶体管220与位线使能晶体管226二者可同时被RS栅极电压222及位线使能电压(bl_en)228断开。结果，这种断开可将位线224从像素单元201及耦合在BLSN与AGND之间的电流源二者隔离开。在另一个实施例中，只有RS晶体管220可被RS栅极电压222断开，此可将位线224从像素单元201隔离开。

[0118] 在与后续H-空白重合的过程块610期间，三个主要的预充电活动同时生效。首先，耦合在BLSN 230与AGND之间的电流源(CS)产生器227被预充电且因此被采样保持(SH)电压脉冲229使能。SH脉冲229从时间502到时间522导通，如图5所见。在移除SH脉冲之后在方块610之外，在出现下一SH脉冲之前由CS产生器227提供的吸收电流由一个或多个内部保持电容器恰当地维持(保持缓慢的电压衰减)。电容器保持电压用于控制偏压来设定CS产生器
227的吸收电流。

[0119] 其次，通过将钳位使能电压clamp_en 489设定成低电平来将钳位电压(CV)产生器471去能。且通过将黑太阳使能电压bsun_en 469设定成高电平来将黑太阳电压(BV)产生器
451使能。BV产生器451对位线224进行充电。

[0120] 第三，通过将空闲使能电压idle_en 449设定成高电平来将空闲电压(IV)产生器431使能。(除了BV产生器451之外)IV产生器431通过位线寄生电容器Cp 288将(从像素单元
201)隔离开的位线224充电(或供电)到空闲电位，所述空闲电位与在SF源极电位218上出现的高电压值紧密匹配，这是因为SF栅极或FD 208在此相同时间段期间被RST晶体管210设定成HVDD。

[0121] 如图3及图5所示，对于在时间502处起始的对每一列像素的读出而言，在一个实施例中，有来自两个虚拟行的两个像素被应用于BV产生器451。这意味着与使用单个MDP相比，采用由bsun_en[1:0]使能的(来自这两个虚拟行的)两个MDP(参照图3所示322)会使BV产生器451的驱动能力翻倍。然而，驱动能力方面可能不够。为在时间区510内在H-空白期间进一步增强驱动能力，如从图5可看出，IV产生器431采用另外八个MDP来进行辅助，所述八个MDP由idle_en[7:0]使能，此在图3所示实施例中被展示为“待使用像素”322。

[0122] IV产生器431可采用由idle_en[m:0]使能的虚拟行中可用的所有其余MDP。这是因为一般来说与来自BV产生器及CV产生器的驱动能力相比需要来自IV产生器431的更多驱动能力来进行H-空白，以使用尽可能全的电流能力将位线224的电压上拉到其预期的高复位电平。来自IV产生器431的这种额外效果有助于缩短每一行的复位稳定时间，因此缩短H-空白时间。直接结果是每一行的读出时间缩短以及总体帧时间缩短。在时间502处将充电负荷从CV产生器471交换到BV产生器451有助于在AVDD处维持供应电源的稳定消耗，这是因为作为负载电路的位线224是由CV产生器471或BV产生器451连续充电。

[0123] 从idle_en[7:0]的行为看出的另一个重要特征是由IV产生器431中现用的MDP的数目表示的IV电源的逐渐关断。首先，当在时间502处将idle_en[7:0]设定成高电平时同时对所有8个MDP进行使能。过程块620在时间520处进行，其中当将idle_en[3:0]设定成低电平时，通过对8个MDP中的4个MDP进行去能来去除4/8(50％)的驱动能力。过程块624在时间524处进行，其中当将idle_en[6:4]设定成低电平时，通过对另外3个MDP进行去能来撤销另外3/8(37.5％)的驱动能力。现在，在H-空白接近结束时，只有一个空闲行有效。过程块628在时间528处进行，其中当将idle_en[7]设定成低电平时，通过对IV产生器431的最后一个现用的MDP进行去能来终止用于使位线224快速稳定的其余的1/8(12.5％)的驱动能力。同时H-空白结束。

[0124] 逐渐空闲钳位控制具有以下益处：通过一次激活单个MDP来实现更好的电压匹配，这是因为对多个MDP中的单个MDP进行更精细的微调会提供更好的分辨率。idle_en[m:0]的每一个位的上升时间及下降时间受控制电路系统104控制。来自虚拟行的所述许多可用的MDP可构建强得多的电流源(通过使来自每一个MDP的更多相同的电流源并联，对IV产生器431构建强得多的电流源)来对位线224进行上拉并使位线224更快地稳定。由于在RST期间位线224快速稳定(图5)，因而总帧速率(或读出时间)减小，这是H-空白时间缩短的直接结果。

[0125] 在过程块628之后可进行过程块630。过程块630与图5所示时间区530相关。在方块630期间，RST栅极电压212保持为高电平以保持RST晶体管210导通。FD 208被连续地复位到AVDD。在当在一个实施例中RS晶体管220从断开切换成接通时位线224重新连接到SF晶体管
216之后、以及当在另一个实施例中位线使能晶体管226从断开切换到接通时位线224重新连接到BLSN 230之后，方块630使位线224有足够的时间达到稳定。

[0126] 在过程块630之后可进行过程块640。过程块640与图5所示时间区540相关。在方块640期间，RST晶体管210断开。SF晶体管216将FD 208上的背景信号放大，且接着经放大背景信号通过RS晶体管220被提供到位线224。在这一时间段期间，黑太阳使能电压bsun_en[1:
0]将全部三个电压产生器中的仅BV产生器451使能。如果位线使能晶体管226通过位线使能电压bl_en 228闭合，则黑太阳电压同时驱动位线224与BLSN 230二者。由BV产生器451提供到位线224的黑太阳电压可提供一般设定在高电平侧上的电位，所述电位仅略低于正常背景信号。如果VPIX表示最暗的图像信号，则不太低的黑太阳电压设定足够暗的图像信号(如果不是最暗的话)。在ADC看来，如果VPIX表示ADC输出的最低值，则黑太阳电压在ADC输出处确保非常低的值，所述值不过分高于ADC在其范围内转换的最低值。

[0127] 在过程块640之后可进行过程块650。过程块650与图5所示时间区550相关。在方块650期间，当转移晶体管204被TX栅极电压206接通时，积聚在PD 202上的光生信号电荷转移到FD 208。在一个实施例中，RS晶体管220在电荷转移之前断开且在电荷转移之后重新接通；在另一个实施例中，RS晶体管220及位线使能晶体管226在电荷转移之前断开且在电荷转移之后重新接通。这是为了确保在TX栅极电压206的高电平与RS栅极电压222的高电平及位线使能信号bl_en 228的高电平之间不会发生交叠。在本公开中当转移晶体管204在此当前过程块650期间在接通与断开之间双态触变时，空闲使能信号idle_en[m:0]保持断开。

[0128] 在过程块650之后可进行过程块660。过程块660与图5所示时间区560相关。在方块660期间，一般来说，从PD 202转移到FD 208的图像电荷通过SF晶体管216转换成图像电压信号，且接着通过RS晶体管220提供到位线224。确切地说，在一个实施例中，在方块650中TX栅极电压206上的脉冲结束之后，立刻通过将RS栅极电压222设定成高电平以允许SF源极端子上的图像信号电压驱动位线224来对RS晶体管220进行重新连接，并且通过将位线使能电压bl_en 228设定成高电平来对位线使能晶体管226进行重新连接以允许BLSN 230重新连接到位线224。位线224不仅由IV产生器/BV产生器/CV产生器供电，而且还被CS产生器227吸收电流。

[0129] 在方块660期间，当充当电压产生器来对位线224进行供电时，BV产生器451的功能被CV产生器471接管。通过同时将黑太阳使能电压bsun_en[1:0]469设定成低电平且将钳位使能电压clamp_en[1:0]489设定成高电平来使这种切换生效，如图5所见。由CV产生器471提供到位线224的钳位电压被设定成比由BV产生器251提供到位线224的黑太阳电压低得多。在方块660开始时，位线224上的电压开始从较高的黑太阳电压向下移动到低得多的钳位电压。

[0130] 由CV产生器471提供到位线224的钳位电压可提供比表示绝对最亮光的电平略高的电位。钳位电压对最低边界设定了限值，所述最低边界等效于在ADC看起来最亮的信号。尽管所述钳位电压不是最亮的但它足够接近最亮的，以使得ADC可接受所述钳位电压作为输入，并对其进行转换以用作ADC输出处的最高值而不会使ADC超限(overflow)。钳位电压确保了ADC能够应对的电压下限值。一旦CV产生器471接管BV产生器451的功能，则CV产生器
471便还用于使功耗的变化最小化并连续地维持总AVDD电流的稳定性。

[0131] 本发明对所示出的实例的以上说明(包括摘要中所阐述的以上说明)并非旨在为穷尽性的或将本发明限制为所公开的精确形式。尽管本文中出于例示性目的阐述了本发明的具体实例，但是如相关领域中的技术人员将认识到，在本发明的范围内可存在各种修改。

[0132] 可根据以上详细说明对本发明做出这些修改。以上权利要求书中所使用的用语不应被视为将本发明限制为本说明书中所公开的具体实例。而是，本发明的范围应完全由以上权利要求书来确定，此应根据所制定的权利要求解释原则来理解。