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像素感测单元

阅读：502发布：2021-03-01

IPRDB可以提供像素感测单元专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种像素感测单元包含有一光传感器以及一像素放大器。该像素放大器包含有一浮动扩散区、一重置闸、一源极随耦器以及一偏压控制单元。该浮动扩散区耦接至该光传感器。该重置闸具有一控制端点、一第一连接端点与一第二连接端点，并且根据该重置闸的该控制端点所接收的一重置讯号来对该重置闸的该第二连接端点上的该浮动扩散区进行一重置操作。该源极随耦器耦接于该浮动扩散区，用来根据该浮动扩散区的位准来产生一输出电压讯号。该偏压控制单元，耦接于该源极随耦器，于该重置操作时，提供一第一偏压，重置操作结束后，则提供一第二偏压。，下面是像素感测单元专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种像素感测单元，包含有：

一光传感器；以及

一像素放大器，包含有：

一浮动扩散区，耦接至该光传感器；

一重置闸，具有一控制端点、一第一连接端点与一第二连接端点，其中该重置闸用来根据该重置闸的该控制端点所接收的一重置讯号来对该重置闸的该第二连接端点上的该浮动扩散区进行一重置操作；

一源极随耦器，耦接于该浮动扩散区，用来根据该浮动扩散区的位准来产生一输出电压讯号；以及一偏压控制单元，耦接于该源极随耦器，于该重置操作时，提供一第一偏压，重置操作结束后，则提供一第二偏压。

2.如权利要求1所述的像素感测单元，其中该偏压控制单元包含有：一电流源，耦接于该源极随耦器，用来依据一控制讯号来提供一偏压电流予对该像素感测单元；

一运算放大器，耦接于该电流源与该源极随耦器，用来依据该偏压电流所产生的一分压与一参考电压，来产生该控制讯号；以及一参考电压发生器，耦接于该运算放大器，用来依据该重置讯号以调整该参考电压。

3.如权利要求1所述的像素感测单元，其中于该像素感测单元的一像素读出操作中，该控制单元于该重置闸对该电荷讯号进行该重置操作后，才控制该选取闸的该第一连接端点的该电压准位。

4.如权利要求4所述的像素感测单元，其中该偏压控制单元会降低该重置闸的该第一连接端点的该电压准位。

5.如权利要求1所述的像素感测单元，其中该像素感测单元另包含有：一传输闸，耦接于该重置闸与该源极随耦器，其中于该控制单元控制该选取闸的该第一连接端点的该电压准位的期间，该传输闸才会将该电荷讯号传递至该源极随耦器。

说明书全文

像素感测单元

技术领域

[0001] 本发明系有关于一种像素感测单元，尤指一种可补偿电荷注入效应以增加输出摆幅的像素感测单元。

背景技术

[0002] 随着科技的发展与进步，液晶显示器上的像素与像素之间的距离也越来越小，在小像素的设计中，由于像素放大器允许更多像素共享浮动节点（floating node），因此可以提高集光有效面积比（fill factor）并且同时保持有高转换增益。然而，由于电路中会具有寄生电容来对增益进行回馈，因此像素放大器的输出摆幅(output swing)会受到频率馈入（clock feedthrough）及电荷注入（charge injection）效应的影响。

[0003] 对于一般影像像素感测来说，耦接于重置晶体管的栅极与源极之间的电容会导致重置电荷注入。在加给重置晶体管的栅极的重置频率的下缘，这个耦接的电容会将像素的浮动节点的电压往下拉。这个浮动节点的电压被拉的越低，像素可以有的电压摆幅就越小。因为这个现象，一般影像像素感测的动态范围会缩小。

[0004] 因此，如何避免频率馈入效应对像素感测单元的输出摆幅所造成的影响仍是此一领域的一大课题。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的之一在于提出一种可补偿电荷注入效应以增加输出摆幅的像素感测单元，以解决上述之问题。

[0006] 依据本发明的一实施例，其揭示一种本发明系揭露一种像素感测单元。该种像素感测单元包含有一光传感器以及一像素放大器。该像素放大器包含有一浮动扩散区、一重置闸、一源极随耦器以及一偏压控制单元。该浮动扩散区耦接至该光传感器。该重置闸具有一控制端点、一第一连接端点与一第二连接端点，其中该重置闸用来根据该重置闸的该控制端点所接收的一重置讯号来对该重置闸的该第二连接端点上的该浮动扩散区进行一重置操作。该源极随耦器耦接于该浮动扩散区，用来根据该浮动扩散区的位准来产生一输出电压讯号。该偏压控制单元，耦接于该源极随耦器，于该重置操作时，提供一第一偏压，重置操作结束后，则提供一第二偏压。

[0007] 由上可知，本发明提供一种像素感测单元，其可通过补偿电荷注入效应所产生的影响，以增加像素放大器的输出摆幅，并且提升像素读取的质量。

附图说明

[0008] 图1为本发明像素感测单元的一实施例的示意图。

[0009] 图2为本发明像素感测单元的控制讯号的时序图。

具体实施方式

[0010] 在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」系为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此系包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

[0011] 一个影像传感器包括复数个像素感测单元排列而成的矩阵，在此以一个像素感测单元为例作说明。请参考图1，图1为本发明一个像素感测单元100的一个实施例。像素感测单元100包括一光传感器102、一像素放大器110以及一偏压控制单元120。

[0012] 像素放大器110包含有一浮动扩散区(floating diffusion)FD、一重置闸112、一选取闸114、一传输闸115、一源极随耦器116以及一电容组件118。在其它实施例中，选取闸114并非必要，也可以用其它方式达成选取一个像素感测单元的目的，电容组件118可以是寄生电容。重置闸112具有一控制端C1、一第一连接端N11与一第二连接端N12，并且重置闸112用来根据控制端C1所接收的一重置讯号S_RST来对第二连接端N12上的浮动扩散区FD进行一重置操作。选取闸114系用以选择一像素感测单元进行输出，但在其它实施例中，选择闸114可以省略，而用其它的操作达成相同的目的。选取闸114具有一控制端C2、一第一连接端N21与一第二连接端N22，并且选取闸114用来根据控制端C2所接收的一选取讯号S_SEL来于第一连接端N21输出一电压讯号S_V。源极随耦器116耦接于重置闸112的第二连接端N12与选取闸114的第二连接端N22，并且源极随耦器116用来根据电荷讯号S_CHG以产生电压讯号S_V。电容组件118例如是寄生电容或实际的电容，耦接于重置闸112的第二连接端N12与选取闸114的第一连接端N21之间。此外，传输闸115耦接于重置闸112的第一连接端N11与源极随耦器116，以用来根据一传输讯号S_TX来将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116。

[0013] 偏压控制单元120耦接于像素感测单元110，并且偏压偏压控制单元120用来根据重置讯号S_RST来控制选取闸114的第一连接端N21的一电压准位V。偏压控制单元120可以是多个像素放大器110共享，或一整行或列的像素放大器110共享。对于偏压控制单元120来说，其包含有一电流源122、一运算放大器124以及一参考电压发生器126。电流源122耦接于源极随耦器116，并且电流源122用来依据一控制讯号S_CTRL来提供一偏压电流I给像素感测单元110。运算放大器124耦接于电流源122与源极随耦器116，并且运算放大器124用来依据偏压电流I所产生的一分压V_DVI与一参考电压V_REF来产生控制讯号S_CTRL。参考电压发生器126耦接于运算放大器124，并且参考电压发生器126用来依据重置讯号S_RST以调整参考电压V_REF。在其它实施例中，运算放大器124可以同时控制多个电流源122。

[0014] 在本实施例中，像素感测单元110会先进行一像素感测操作，使光传感器111接收光讯号以产生电荷讯号S_CHG，此时传输闸115尚未将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116。接着像素感测单元110会进行一像素读出操作：首先重置闸112会根据控制端C1所接收的一重置讯号S_RST，例如为第一位准，来对浮动扩散区FD进行重置操作。在重置闸112对浮动扩散区FD进行重置操作后，源极随耦器116依据被重置的浮动扩散区FD而输出。值得注意的是，在重置操作后，重置讯号S_RST会改变为第二位准以结束重置操作，此时容易产生电荷注入效应而影响浮动扩散区FD的位准，进而影响源极随耦器116的输出值，在本实施例中系以第一位准大于第二位准为例。

[0015] 参考电压发生器126会调整参考电压V_REF的准位来对像素感测单元100中所产生的电荷注入效应进行补偿。在重置操作中，参考电压V_REF系为一较高的第一参考位准，使得偏压电流I所产生的分压V_DVI的准位为一较高的第一偏压；在重置操作后一小段时间，参考电压V_REF才调降为一较低的第二参考位准，使得偏压电流I所产生的分压V_DVI的准位为一较低的第二偏压。当参考电压V_REF的准位被调降时，偏压电流I所产生的分压V_DVI的准位也会随之下降，此时传输闸115才会打开/导通来将电荷讯号S_CHG传递至浮动扩散区FD，再由源极随耦器116输出。由于分压V_DVI的准位下降至一第二偏压，选取闸114的第一连接端点N21的电压准位V也会下降，因此电压准位V可以通过电容组件118来影响浮动扩散区FD。

[0016] 由于当传输闸115将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116时会产生电荷注入效应以导致电荷讯号S_CHG的准位稍微下降，因此源极随耦器116根据电荷讯号S_CHG所产生的电压讯号S_V亦会稍微下降，造成像素感测单元100的输出摆幅的减小，所以，当电压准位V通过电容组件118来对电荷讯号S_CHG进行充电时，则可以将电荷讯号S_CHG的准位再次拉高，以补偿电荷注入效应所造成的影响，进而恢复像素感测单元100原本应有的输出摆幅。请注意，电容组件118可以为一电容器或是一寄生电容，只要电压准位V可以通过电容组件118来对电荷讯号S_CHG进行充电即可达到补偿电荷注入效应的效果。举例来说，当重置闸112的第一连接端点N11直接连接于选取闸114的第一连接端点N21时，重置闸112的第二连接端N12与选取闸114的第一连接端N21之间所产生的寄生电容即可作为电容组件118来使用，然而，此仅作为范例说明之用，并非作为本发明的限制条件。

[0017] 请参考图2，图2为本发明像素感测单元100的控制讯号的时序图。在图2中，一开始像素感测单元100会进入一曝光阶段，在这个阶段下重置讯号S_RST会先对浮动扩散区FD进行重置操作，并且在进行重置操作的周期中传输讯号S_TX会被开启，使得传输闸115将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116，如此来进行曝光。当像素感测单元110进行像素读出操作时，重置讯号S_RST与选取讯号S_SEL于时间点T1～T2的时段中会同时开启，使得重置闸112对电荷讯号S_CHG来进行重置操作。当重置闸112完成对电荷讯号S_CHG的重置操作后，重置讯号S_RST于时间点T2会被关闭，此时选取讯号S_SEL继续保持开启。当重置讯号S_RST被关闭后，参考电压发生器126于时间点T3会开始调低参考电压V_REF的准位以再次拉高电荷讯号S_CHG的准位。接着，传输讯号S_TX于时间点T4会被开启，使得传输闸115将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116。当传输闸115将电荷讯号S_CHG传递至源极随耦器116后，传输讯号S_TX于时间点T5会被关闭，此时选取讯号S_SEL继续保持开启，并且参考电压发生器126控制参考电压V_REF维持在低准位，使像素感测单元110可继续完成像素读出的操作（亦即，将电荷讯号S_CHG通过源极随耦器116来转换成电压讯号S_V，并且通过选取闸114来输出）。当电压讯号S_V被顺利读出后，选取讯号S_SEL于时间点T6会被关闭，同时参考电压发生器126调整参考电压V_REF恢复至高准位，以完成像素感测单元110像素读出的操作。

[0018] 熟习此技艺者当可于阅读以上段落后轻易了解图2所示各讯号的操作，详细说明及变化可参考前述，为简洁起见，故于此便不再赘述。

[0019] 【符号说明】

[0020] 110 像素放大器

[0021] 100 像素感测单元

[0022] 102 光传感器

[0023] 112 重置闸

[0024] 114 选取闸

[0025] 116 源极随耦器

[0026] 118 电容组件

[0027] 115 传输闸

[0028] 120 偏压控制单元

[0029] 122 电流源

[0030] 124 运算放大器

[0031] 126 参考电压发生器

标题	发布/更新时间	阅读量
像素-专利编号CN110364554A	2020-05-11	591
像素-专利编号CN106486060A	2020-05-11	1017
像素结构-专利编号CN109686299B	2020-05-13	974
像素结构-专利编号CN111090198A	2020-05-13	171
像素阵列-专利编号CN111009185A	2020-05-13	99
像素-专利编号CN104834141A	2020-05-11	506
像素-专利编号CN101183196B	2020-05-12	444
像素-专利编号CN104834141B	2020-05-12	105
像素-专利编号CN107038999A	2020-05-12	246
像素-专利编号CN108231001A	2020-05-11	122

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