一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，可應用于CMOS圖像傳感器。所述像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。本發(fā)明增加了像素單元內存儲瞬時光照信息的功能，同時增加了多次選擇性輸出固定瞬時光照信息的功能。
【專利說明】一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于CM0S(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器領域，尤其涉及一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路。
【背景技術】
[0002]近年來，基于壓縮傳感理論的信號采樣、處理方式不斷發(fā)展，對像素單元電路提出了更高的要求，要求像素單元電路中同一個光照信息能在不同時刻參與運算多次，以完成和測量矩陣的相關運算。
[0003]根據晶體管的數量不同，當前像素單元電路結構主要分為三管有源像素、四管有源像素等類型，其中，四管有源像素在CMOS圖像傳感器中應用最廣泛。
[0004]傳統的四管結構CMOS圖像傳感器像素單元電路如圖1所示，包括:復位晶體管M_RST,傳輸門晶體管M_TX，源跟隨晶體管M_SF，行選通晶體管M_RS及用于感受光信號的光電二極管PD，FD為浮動擴散節(jié)點，Vout為像素單元輸出端。復位晶體管M_RST位于電源正極VDD和浮動擴散節(jié)點FD之間，傳輸門晶體管M_TX位于浮動擴散節(jié)點和光電二極管I3D之間，光電二極管ro位于傳輸門晶體管M_TX和地之間，源跟隨晶體管M_SF位于電源正極VDD和行選通晶體管M_RS之間，行選通晶體管M_RS位于源跟隨晶體管M_SF與像素單元輸出端Vout之間，浮動擴散節(jié)點FD與源跟隨晶體管M_SF的柵極相連。給復位晶體管M_RST施加復位信號RST，傳輸門晶體管M_TX施加傳輸信號TX，行選通晶體管M_RS施加行選通信號RS。
[0005]圖1中VDD是外部提供給像素單元電路的電源電壓，控制復位晶體管M_RST、傳輸門晶體行選通晶體管M_RS的導通與截止來實現像素單元電路的信號輸出。因為傳統四管結構CMOS圖像傳感器主要只利用光電二極管ro存儲電荷，所以像素單元電路存儲的光照信息只能被輸出一次。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為解決現有像素單元電路只能將存儲的光照信息輸出一次的技術問題，提供了一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路。
[0007]一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，具有六管結構:
所述像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。
[0008]進一步的，所述六管結構的像素單元電路包括:啟動晶體管、傳輸門晶體管、光電二極管、電容充電選通晶體管、存儲電容、電容放電選通晶體管、源跟隨晶體管、像素選通晶體管；所述啟動晶體管位于電源正極和浮動擴散節(jié)點之間；傳輸門晶體管位于浮動擴散節(jié)點和光電二極管之間；光電二極管位于傳輸門晶體管和地之間；電容充電選通晶體管位于浮動擴散節(jié)點和存儲電容上極板之間；存儲電容上極板連接在電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管之間，下極板接地；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間；源跟隨晶體管位于電源正極和像素選通晶體管之間；像素選通晶體管位于源跟隨晶體管和像素單元輸出端之間。
[0009]進一步的,該像素單元電路還包括:給啟動晶體管施加啟動信號、傳輸門晶體管施加傳輸信號、電容充電選通晶體管施加電容充電選通信號、電容放電選通晶體管施加電容放電選通信號、像素選通晶體管施加像素選擇輸出信號。
[0010]本發(fā)明像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。本發(fā)明增加了像素單元內存儲瞬時光照信息的功能，同時增加了多次選擇性輸出固定瞬時光照信息的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現有技術提供的四管結構像素單元電路示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實施例提供的六管結構具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路不意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明實施例提供的控制單元產生的控制信號波形圖；
[0014]圖4是本發(fā)明實施例提供的控制單元控制像素單元工作的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]具有記憶和多次選擇輸出功能，即將固定瞬時光照信息的電荷存儲在非光電二極管的單獨電容中，并使該電容中固定瞬時光照信息的電荷量基本無變化。為存儲并保持瞬時光照信息，本發(fā)明提供了一種具有記憶功能的像素單元電路，具有六管結構，所述像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容。電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。本發(fā)明增加了像素單元內存儲瞬時光照信息的功能，同時增加了多次選擇性輸出固定瞬時光照信息的功能。
[0017]為了更詳細的描述本發(fā)明的技術方案，提供了具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路示意圖，如圖2所示,包括:啟動晶體管M_START、傳輸門晶體管M_TX、光電二極管PD、電容充電選通晶體管M_C1、存儲電容C、電容放電選通晶體管M_CO、源跟隨晶體管M_SF、像素選通晶體管M_SEL。
[0018]圖2中所述啟動晶體管M_START位于電源正極VDD和浮動擴散節(jié)點FD之間；傳輸門晶體管M_TX位于浮動擴散節(jié)點FD和光電二極管F1D之間；光電二極管F1D位于傳輸門晶體管M_TX和地之間；電容充電選通晶體管M_CI位于浮動擴散節(jié)點FD和存儲電容C上極板之間；存儲電容C上極板位于電容充電選通晶體管M_CI和電容放電選通晶體管M_C0連接處，下極板接地；電容放電選通晶體管M_C0位于存儲電容C上極板和源跟隨晶體管M_SF柵極之間；源跟隨晶體管M_SF位于電源正極VDD和像素選通晶體管M_SEL之間；像素選通晶體管M_SEL位于源跟隨晶體管M_SF和像素單元輸出端Iwt之間。
[0019]圖2中所述電容充電選通晶體管M_C1、存儲電容C、電容放電選通晶體管M_C0增加了像素單元內存儲瞬時光照信息的功能，同時增加了多次選擇性輸出固定瞬時光照信息的功能。
[0020]進一步的，圖2所示的六管結構像素單元還包括:給啟動晶體管M_START施加啟動信號START、傳輸門晶體管M_TX施加傳輸信號TX、電容充電選通晶體管M_CI施加電容充電選通信號Cl、電容放電選通晶體管M_C0施加電容放電選通信號CO、像素選通晶體管M_SEL施加像素選擇輸出信號SEL。圖3所示為控制單元產生的傳輸信號TX、電容充電選通信號Cl、電容放電選通信號CO、像素選擇輸出信號SEL的波形圖。啟動信號START在該像素單元工作時，始終接電源正極VDD。
[0021]圖4為控制單元產生的控制信號控制像素單元工作的流程圖，控制步驟如下:
[0022]步驟41:截止啟動晶體管M_START、傳輸門晶體管M_TX、電容充電選通晶體管M_Cl、電容放電選通晶體管M_C0、像素選通晶體管M_SEL，光電二極管感受光信號并完成光生電荷的積累；
[0023]步驟42:導通啟動晶體管M_START、傳輸門晶體管M_TX，電容充電選通晶體管M_Cl，光電二極管ro區(qū)域的電子轉移到存儲電容c的上極板；
[0024]步驟43:截止傳輸門晶體管M_TX、電容充電選通晶體管M_CI，導通電容放電選通晶體管M_C0，根據像素選通晶體管M_SEL柵極控制信號是0或I，選擇截止或導通像素選通晶體管M_SEL，采集像素單元輸出電流Itjut ；
[0025]步驟44:根據電路的具體需要，控制像素選通晶體管M_SEL柵極控制信號，重復步驟43，以便多次選擇性輸出固定瞬時光照信息。
[0026]在上述像素單元的工作過程中步驟41完成了光電二極管ro感受光信號并完成光生電荷的積累；步驟42完成了瞬時光照信息電荷在存儲電容C上的存儲；步驟43中的電容放電選通晶體管M_C0連接在存儲電容C上極板和源跟隨晶體管M_SF柵極之間，由于MOS管的柵極和源極、漏極之間均不導通，所以存儲電容C上極板存儲的電荷能基本保持瞬時光照信息的固定電荷量，步驟43和步驟44完成了多次選擇性固定瞬時光照信息的輸出。
[0027]以上所述僅為發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，具有六管結構:其特征在于: 所述像素單元電路在傳統四管有源像素電路結構上增加了電容充電、放電兩個選通晶體管和一個存儲電容；電容充電選通晶體管位于傳輸門晶體管輸出端和存儲電容上極板之間，控制存儲電容充電操作；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間，控制存儲電容放電操作；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地，起到存儲固定瞬時光照信息并使其能被多次選擇性輸出的作用。
2.如權利要求1所述的具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，其特征在于，所述六管結構的像素單元電路包括:啟動晶體管、傳輸門晶體管、光電二極管、電容充電選通晶體管、存儲電容、電容放電選通晶體管、源跟隨晶體管、像素選通晶體管； 所述啟動晶體管位于電源正極和浮動擴散節(jié)點之間；傳輸門晶體管位于浮動擴散節(jié)點和光電二極管之間；光電二極管位于傳輸門晶體管和地之間；電容充電選通晶體管位于浮動擴散節(jié)點和存儲電容上極板之間；存儲電容上極板位于電容充電選通晶體管和電容放電選通晶體管連接處，下極板接地；電容放電選通晶體管位于存儲電容上極板和源跟隨晶體管柵極之間；源跟隨晶體管位于電源正極和像素選通晶體管之間；像素選通晶體管位于源跟隨晶體管和像素單元輸出端之間。
3.如權利要求1所述的具有記憶和多次選擇輸出功能的像素單元電路，其特征在于:該像素單元還包括:給啟動晶體管施加啟動信號、傳輸門晶體管施加傳輸信號、電容充電選通晶體管施加電容充電選通信號、電容放電選通晶體管施加電容放電選通信號、像素選通晶體管施加像素選擇輸出信號。
【文檔編號】H01L27/146GK103686005SQ201310719144
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】駱麗, 李瑞菁 申請人:北京交通大學