專利名稱：圖像傳感器的列處理電路及圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及圖像傳感器的列處理電路及圖像傳 感器。
背景技術(shù)：
如圖l所示， 一種現(xiàn)有的圖像傳感器包括像素陣列10、與像素陣列IO相連 的列處理電路20、與列處理電路20相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器30、與模數(shù)轉(zhuǎn)換器30相 連的數(shù)字處理電路40。其中像素陣列IO是由若干個(gè)像素(感光單元)15構(gòu)成，像素15可以感知 到一個(gè)點(diǎn)區(qū)域的光強(qiáng)。由于像素陣列IO上具有排成行和列的多個(gè)像素15,而后 續(xù)電^^無法同時(shí)處理如此大的數(shù)據(jù)量，因此列處理電^各20具有多個(gè)列處理單元 25和多路開關(guān)(未標(biāo)示)，各列處理單元25分別連接對(duì)應(yīng)的每一列像素15，多 路開關(guān)用于依次實(shí)現(xiàn)多個(gè)列處理單元25的輸出。圖1所示的圖像傳感器的工作過程包括像素陣列IO采用逐行掃描的方式 進(jìn)行曝光，也就是逐行將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并輸出給列處理電路20;列處 理電路20將每一列上的每一行像素15對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)進(jìn)行串行輸出。通常 列處理電路20輸出的光強(qiáng)電壓信號(hào)為模擬信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器30將列處理電路 20輸出的光強(qiáng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過后續(xù)的數(shù)字處理電路40進(jìn)行 處理，獲悉像素陣列上曝光的區(qū)域和各區(qū)域曝光的光強(qiáng)。圖2為現(xiàn)有的圖像傳感器中的同一列的兩個(gè)像素15和其連接的列處理單元 25的示意圖。如圖2所示，列處理單元25利用開關(guān)電路18接收像素15的輸出 光強(qiáng)信號(hào)，然后利用源跟隨器21做隔離、緩沖級(jí)，將光強(qiáng)電壓信號(hào)進(jìn)行輸出。 其中，利用源跟隨器21將一列像素15的每一行對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)串行輸出利 用了源跟隨器21輸出相應(yīng)的參考電壓，然后通過對(duì)參考電壓和光強(qiáng)電壓信號(hào)進(jìn) 行差分運(yùn)算，可以得到每一列上的像素15對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)。在測試中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的列處理電路輸出的光強(qiáng)電壓信號(hào)相對(duì)于像素陣列 上曝光的光強(qiáng)信號(hào)容易發(fā)生失真。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種圖像傳感器的列處理電路及圖像傳感 器，提高列處理電路輸出光強(qiáng)電壓信號(hào)的精確度。本發(fā)明提供一種圖像傳感器的列處理電路，包括列處理單元，所述列處理單元包括參考電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電 路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；光強(qiáng)電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電 路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；差分輸出開關(guān)，一端連接在所述參考電壓單元的控制開關(guān)和所述參考電壓單 元的運(yùn)算放大器電路之間，另 一端連接在所述光強(qiáng)電壓單元的控制開關(guān)和所述光 強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路之間；其中所述運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式?？蛇x的，所述列處理單元的參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出端和第一 選通開關(guān)相連，所述列處理單元的光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出端和第 二選通開關(guān)相連?？蛇x的，還包括第二級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入 端連接至少兩個(gè)所述參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出，輸出端連接所述第 一選通開關(guān)，其中所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式?？蛇x的，還包括第三級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入 端連接至少兩個(gè)第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的 輸出端和所述第一選通開關(guān)相連，其中所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟 隨器形式?？蛇x的，還包括第二級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入 端連接至少兩個(gè)所述光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出，輸出端連接所述第 二選通開關(guān)，其中所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式?？蛇x的，還包括第三級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入 端連接至少兩個(gè)第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端和所述第二選通開關(guān)相連，其中所述第三運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨 器形式。可選的，所述運(yùn)算放大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS 管的柵極接偏置電壓，第一 PMOS管的漏極接第二 PMOS管的源極和第三PMOS 管的源極；第二 PMOS管的柵極為輸入端，第二 PMOS管的漏極接第一 NMOS 管的漏極和柵極，第一NMOS管的源極接低電平；第三PMOS管的柵極為輸出 端，所述輸出端和第三PMOS管的漏極連接第二 NMOS管的漏極，第二NMOS 管的源極接低電平，第二NMOS管的柵極接第一NMOS管的柵極?？蛇x的，所述運(yùn)算》文大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS 管的柵極和漏極連接第一NMOS管的漏極；第一NMOS管的柵極為輸入端，第一 NMOS管的源極連接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的柵極接偏置電 壓，第二NMOS管的源極接低電平；第三NMOS管的源極接第一 NMOS管的 源極，第三NMOS管的柵極和漏極接輸出，第二PMOS管的源極接高電平，第二 PMOS管的柵極接第一 PMOS管的柵極，第二 PMOS管的源極接高電平?？蛇x的，所述運(yùn)算放大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS 管的柵極和漏極連接第一NMOS管的漏極；第一NMOS管的柵極為輸出端，第 一 NMOS管的源極連接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的柵極接偏置電 壓，第二NMMOS管的漏極接低電平；第三NMOS管的源極接第一 NMOS管 的源極，第三NMOS管的柵極為輸入端，第三NMOS管的漏極接第二 PMOS 管的漏極，第二PMOS管的源極接高電平，第二 PMOS管的柵極接第一 PMOS 管的柵極，第二 PMOS管的源極接高電平，第三PMOS管的柵極接第二 PMOS 管的漏極，第三PMOS管的漏極為輸出端并且接第四NMOS管的漏極，第四 NMOS管的柵極接偏置電壓，第四NMOS管的源極接低電平?？蛇x的，所述運(yùn)算;^文大器中，第一 PMOS管的源才及接高電平，第一PMOS 管的柵極接偏置電壓，第一 PMOS管的漏極接第二 PMOS管的源極和第三PMOS 管的源極；第二PMOS管的柵極為輸出端，第二 PMOS管的漏極接第一 NMOS 管的漏極和柵極，第一 NMOS管的源極接低電平；第三PMOS管的柵極為輸入 端，第三PMOS管的漏極連接第二 NMOS管的漏極，第二NMOS管的源極接低7電平，第二 NMOS管的柵極接第一 NMOS管的柵極，第二 NMOS管的漏極接 第三NMOS管的柵極，第三NMOS管的源極接低電平，第三NMOS管的漏極 接第二PMOS管的柵極；第四PMOS管的源極接高電平，第四PMOS管的柵極 接偏置電壓，第四PMOS管的漏極接第三NMOS管的漏極。相應(yīng)的本發(fā)明提供了 一種包括上述的列處理電路的圖像傳感器，還包括和所 述列處理電路連接的像素陣列。上述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是在現(xiàn)有的圖像傳感器中的列處理電路，利用源跟隨器做隔離、緩沖級(jí)，其中 利用了源跟隨器輸出像素采集到的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓，利用了源跟隨器輸出參考電 壓，通過差分運(yùn)算可以得到光強(qiáng)電壓信號(hào)。但是由于像素陣列輸出的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的 電壓非常小，而由于源跟隨器的輸出電壓的幅度小于輸入電壓的幅度，通常源跟 隨器對(duì)電壓信號(hào)放大倍數(shù)小于1,例如小于0.7,這樣大大損失了信號(hào)幅度，使 得輸出的信號(hào)受噪聲干擾嚴(yán)重，容易發(fā)生失真。在當(dāng)今的芯片系統(tǒng)中，各種功 能模塊共用電源，電源噪聲頻率較大，頻率成分復(fù)雜，這種實(shí)現(xiàn)方式很容易受 到電源噪聲的干擾導(dǎo)致精度下降。而本發(fā)明的列處理電路利用連接為電壓跟隨器 形式的運(yùn)算放大電路做輸出的隔離、緩沖級(jí)，這樣不但很好的起到了隔離、緩沖 以及驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路的作用，而且電壓跟隨器的輸出電壓放大倍數(shù)為1 ,這樣對(duì)像 素輸出的電壓沒有損失或損失很小，使得還原的光強(qiáng)失真小。而且，信號(hào)電壓的 小信號(hào)放大倍數(shù)接近l,保證了信號(hào)噪聲比。


圖1為一種現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種圖像傳感器的列處理電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器中的單個(gè)像素及列處理單元的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖4為圖3所示的列處理單元中的運(yùn)算放大器電路的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖l象傳感器工作時(shí)序圖；圖6為圖3所示的列處理單元中的運(yùn)算放大器電路的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖3所示的列處理單元中的運(yùn)算放大器電路的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖3所示的列處理單元中的運(yùn)算放大器電路的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器列處理電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10為本發(fā)明第三實(shí)施例的圖像傳感器列處理電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在一種現(xiàn)有的圖傳_傳感器中，利用如圖2所示的列處理單元25將光強(qiáng)電壓 信號(hào)進(jìn)行輸出。但是在測試中發(fā)現(xiàn)列處理電路輸出的光強(qiáng)電壓信號(hào)相對(duì)像素陣列 上曝光的光強(qiáng)信號(hào)容易發(fā)生失真。發(fā)明人研究后發(fā)現(xiàn)，由于像素陣列輸出的光強(qiáng) 對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)非常小，而由于源跟隨器的輸出電壓的幅度小于輸入電壓的幅 度，通常源跟隨器對(duì)電壓信號(hào)放大倍數(shù)小于1,例如小于0.7，這樣使得列處理 電路輸出的光強(qiáng)電壓信號(hào)受噪聲干擾嚴(yán)重，容易發(fā)生失真。因此發(fā)明人提供了一種列處理電路和一種具有該列處理電路的圖像傳感器。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的圖像傳感器及列處理電路的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一圖3所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的圖l象傳感器中的一個(gè)像素和列處理單元的 結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，像素15包括感光二極管100、第一NMOS管110、第二NMOS 管120、第三NMOS管130、第四NMOS管140和偏置NMOS管150。其中，感光二極管100的正極接低電平VSS，感光二極管100的負(fù)極接第 一 NMOS管110的源極；第一 NMOS管110的柵極接傳輸信號(hào)輸入端 (TRANSFER),第一NMOS管110的漏極接第二NMOS管120的源極；第二 NMOS管120的漏極接高電平VDD，第二NMOS管120的柵極連接復(fù)位信號(hào)輸 入端(RESET);第三NMOS管130的漏極接高電平VDD，第三NMOS管130的柵極連接第一NMOS管110的漏極，第三NMOS管130的源極接第四NMOS 管140的漏極；第四NMOS管140的柵極連接行選擇信號(hào)(X)輸入端，第四 NMOS管140的源極連接偏置NMOS管150的漏極；偏置NMOS管150的源極 接低電平VSS,偏置NMOS管150的柵極接電流源的輸入(vbias)。像素15 從第四NMOS管140的源極輸出光強(qiáng)信號(hào)，也就是說，像素15的輸出端為第四 NMOS管140的源極。列處理單元25包括輸入端均與像素15的輸出端相連的參考電壓單元200 和光強(qiáng)電壓單元300。參考電壓單元200的輸出端230b和第一選通開關(guān)410相 連，光強(qiáng)電壓單元300的輸出端330b和第二選通開關(guān)420相連。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，圖像傳感器中，若干個(gè)像素15構(gòu)成行列式的像素 陣列10，像素陣列10中同一列的像素15的輸出端通過列公用信號(hào)線連接同一 個(gè)列處理單元25輸入端。第一選通開關(guān)410連接到列處理電路中所有參考電壓 單元的的輸出端，第二選通開關(guān)420連接到列處理電路中所有光強(qiáng)電壓單元的輸 出端，通過第 一選通開關(guān)410和第二選通開關(guān)420將每一列像素對(duì)應(yīng)的參考電壓 信號(hào)和光強(qiáng)電壓信號(hào)串行輸出。其中，參考電壓單元200包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)(SHR) 210、運(yùn)算放大器電路230,以及一端連接于控制開關(guān)210和運(yùn)算放大器電路230 之間的接地電容220。具體地，控制開關(guān)(SHR) 210的一個(gè)端子連接像素15 的輸出端，控制開關(guān)210的另 一個(gè)端子連接接地電容220的一個(gè)端子和運(yùn)算放大 器電路230的 一端，接地電容的另 一個(gè)端子接低電平VSS 。光強(qiáng)電壓單元300包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)(SHS ) 310、 運(yùn)算放大器電路330,以及一端連接于控制開關(guān)310和運(yùn)算放大器電路330之間 的接地電容320。參考電壓單元200和光強(qiáng)電壓單元300之間連接有差分輸出開關(guān)400。具體 地，差分輸出開關(guān)400的一端連接在參考電壓單元200的控制開關(guān)(SHR) 210 和運(yùn)算放大器電路230之間，另 一端連接在光強(qiáng)電壓單元300的控制開關(guān)(SHS ) 310和運(yùn)算放大器電路330之間。圖4為圖3所示的列處理單元中的運(yùn)算放大器電路第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖4所示，運(yùn)算放大器電路230中，第一PMOS管2001的源極接高電平， 第一 PMOS管2001的柵極接偏置電壓(vbias )，第一 PMOS管2001的漏極接 第二 PMOS管2002的源極和第三PMOS管2003的源極；第二 PMOS管2002 的柵極為輸入端(VIN),第二PMOS管2002的漏極接第一NMOS管2011的 漏極和柵極；第一NMOS管2011的漏極接低電平；第三PMOS管2003的柵極 為輸出端(VOUT),輸出端(VOUT)和第三PMOS管2003的漏極連接第二 NMOS管2012的漏極；第二 NMOS管2012的源極接低電平，第二 NMOS管 2012的柵極接第一NMOS管2011的柵極。運(yùn)算放大器電路330可以采用與運(yùn)算放大器電路230基本相同的電路結(jié)構(gòu)， 此不贅述。圖5為包括上述第一實(shí)施例的運(yùn)算放大器電路的圖像傳感器的工作時(shí)序圖。 下面一并參考圖3、圖4和圖5，對(duì)圖像傳感器的工作原理進(jìn)行說明。首先，將差分輸出開關(guān)400接通，從而使電容220和電容320上的電荷初始 量相同(未圖示)。SHR210和SHS310都斷開。偏置NMOS管150的柵極接電流源的輸入，使得偏置NMOS管150導(dǎo)通。接著，RESET和TRANSFER同時(shí)為高電平，因此像素10的第一 NMOS管 110和第二 NMOS管120都導(dǎo)通，感光二極管IOO上充滿電荷；接著將RESET 和TRANSFER拉低，在曝光時(shí)間對(duì)像素陣列進(jìn)行曝光，并將行選信號(hào)(Xi)變 高，所連接的一列像素中第Xi行的像素10被選中，像素10的第四NMOS管 140導(dǎo)通；在曝光結(jié)束后RESET信號(hào)再次拉高，TRANSFER為低電平，第三 NMOS管130導(dǎo)通；第四NMOS管140的漏極輸出參考信號(hào)，該像素10的工 作原理為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，因此不再贅述，僅為說明列處理電路的工作情 況做簡單說明。接著SHR210拉高，也就是SHR210閉合導(dǎo)通，將像素10輸出的參考信號(hào) 采樣到參考電壓單元20的電容220上，運(yùn)算放大器電路330的第一PMOS管2001 的柵極偏置電壓(vbias)小于第一 PMOS管2001的開啟電壓，第一 PMOS管2001導(dǎo)通，第二 PMOS管2002柵極輸入電容220采樣的參考信號(hào)，則從第三 PMOS管2003的柵極和漏極輸出參考電壓信號(hào)。其中，電容220可以在較長的時(shí)間內(nèi)保存電壓值，為逐次讀出每一列上的光 強(qiáng)電壓信號(hào)創(chuàng)造了條件。而運(yùn)算放大器電路330作為列處理單元的輸出端增加的 緩沖器(buffer)，將每一列的參考電壓信號(hào)沒有損失的串行化的讀出，并且輸 出的參考電壓信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路。接著SHR210關(guān)閉，TRANSFER信號(hào)拉高，SHS310打開。像素10輸出的 光強(qiáng)信號(hào)采樣到光強(qiáng)電壓單元30的電容320上，電容320可以在4交長的時(shí)間內(nèi) 保存電壓值，為逐次讀出每一列上的電壓值(也就是光強(qiáng)信號(hào))創(chuàng)造了條件。類 似地，為了將每一列的光強(qiáng)電壓信號(hào)沒有損失的，串行化的讀出，并且輸出的光 強(qiáng)電壓信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路，需要加入緩沖器(buffer)，具體的緩沖器為運(yùn) 算放大器電路330。運(yùn)算放大器電路330輸出光強(qiáng)電壓信號(hào)，其工作原理和上述 運(yùn)算放大器電路230的工作原理基本相同，此不贅述。多個(gè)像素列對(duì)應(yīng)的多個(gè)緩沖器的輸出可以用多選一的數(shù)據(jù)選擇器依次輸出， 例如通過第一選通開關(guān)410和第二選通開關(guān)420 (見圖3)將每一列像素對(duì)應(yīng)的 參考電壓信號(hào)和光強(qiáng)電壓信號(hào)依次串行輸出。如圖5所示，串行輸出第一列像素 對(duì)應(yīng)的參考電壓信號(hào)RO,第一列像素對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)SO;第二列像素對(duì)應(yīng) 的參考電壓信號(hào)Rl,第二列像素對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)S1;第三列像素對(duì)應(yīng)的參 考電壓信號(hào)R2，第二列像素對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)電壓信號(hào)S2等等。其中，通過控制不同 像素的行選擇信號(hào)Xi,可以選擇輸出的像素行。因?yàn)閰⒖茧妷盒盘?hào)和光強(qiáng)無關(guān)，因此每次輸出的都相同，而光強(qiáng)電壓信號(hào)隨 光強(qiáng)的變化而變化，從而通過差分運(yùn)算可以得到實(shí)際的光強(qiáng)。然后再通過4莫數(shù)轉(zhuǎn) 換器和數(shù)字處理電路進(jìn)行處理，得到整個(gè)像素陣列上的曝光情況。需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，運(yùn)算放大器電路230和330并不限 于圖4所示的結(jié)構(gòu)，還可以有其他的變化或替換方式。例如，在其它實(shí)施例中，如圖6所示，運(yùn)算》丈大器電路230和330中，第一 PMOS管510的源極接高電平，第一 PMOS管510的柵極和漏極連接第一 NMOS管520的漏極；第一 NMOS管520的柵極為輸入端(VIN )，第一 NMOS管520 的源極連接第二 NMOS管530的漏極；第二 NMOS管530的柵極接偏置電壓 (vbias ),第二 NMMOS管530的源極接低電平(VSS );第三NMOS管540 的源極接第一 NMOS管520源極，第三NMOS管的4冊(cè)極和漏極接輸出；第二 PMOS管550的源極接高電平，第二 PMOS管550的柵極接第一 PMOS管510 的柵極，第二PMOS管550的源極接高電平。另外，在其它實(shí)施例中，如圖7所示，運(yùn)算放大器電路230和330中，第一 PMOS管610的源極接高電平，第一 PMOS管610的柵極和漏極連接第一 NMOS 管620的漏極；第一 NMOS管620的柵極為輸出端(VOUT),第一NMOS管 620的源極連接第二 NMOS管630的漏極；第二 NMOS管630的柵極接偏置電 壓1 ( vbiasl )，第二 NMMOS管630的源極接低電平(VSS );第三NMOS管 640的源極接第一 NMOS管620的源極，第三NMOS管640的柵極為輸入端(VIN)，第三NMOS管640的漏極接第二 PMOS管650的漏極，第二 PMOS 管650的源極接高電平(VDD),第二PMOS管650的柵極接第一PMOS管610 的柵極，第二 PMOS管650的源極接高電平(VDD),第三PMOS管660的柵 極接第二 PMOS管650的漏極，第三PMOS管660的漏極為輸出端(VOUT ) 并且接第四NMOS管670的漏極，第四NMOS管670的柵極接偏置電壓2(Vbias2 ),第四NMOS管670的源極接低電平(VSS )。另外，在其它實(shí)施例中，如圖8所示，運(yùn)算放大器電路230和330的結(jié)構(gòu) 包括第一 PMOS管710的源極接高電平，第一 PMOS管710的柵極接偏置電 壓(vbiasl )，第一 PMOS管710的漏極接第二 PMOS管720的源極和第三PMOS 管730的源極；第二 PMOS管720的柵極接輸出端(VOUT),第二PMOS管 720的漏極接第一 NMOS管710的源極和柵極，第一 NMOS管730的源極接低 電平(VSS );第三PMOS管740的柵極為輸入端(VIN),第三PMOS管740 的漏極連接第二 NMOS管750的漏極，第二 NMOS管750的源極接低電平(VSS),第二 NMOS管750的柵極接第一 NMOS管730的柵極，第二NMOS 管750的漏極接第三NMOS管760的柵極，第三NMOS管760的源極接低電平(VSS )，第三NMOS管760的漏極接第二 PMOS管720的柵極，也就是為輸出端(VOUT);第四PMOS管770的源極接高電平(VDD),第四PMOS管 770的柵極接偏置電壓(vbias2),第四PMOS管770的漏極接第三NMOS管 760的漏才及。在現(xiàn)有的圖像傳感器中的列處理電路，利用源跟隨器做隔離、緩沖級(jí)，其中 利用了 一個(gè)源跟隨器輸出像素采集到的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓，利用源跟隨器輸出參考 電壓，通過差分運(yùn)算可以得到光強(qiáng)電壓信號(hào)。但是由于像素陣列輸出的光強(qiáng)對(duì)應(yīng) 的電壓非常小，而由于源跟隨器的輸出電壓的幅度小于輸入電壓的幅度，通常源 跟隨器對(duì)電壓信號(hào)放大倍數(shù)小于1,例如小于0.7，這樣大大損失了信號(hào)幅度， 使得輸出的信號(hào)受噪聲干擾嚴(yán)重，容易發(fā)生失真。而本發(fā)明的列處理電路利用運(yùn) 算放大電路形式的電壓跟隨器做輸出的隔離、緩沖級(jí)，這樣不但很好的起到了隔 離、緩沖以及驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路的作用，而且電壓跟隨器的輸出電壓放大倍數(shù)為1 , 這樣對(duì)像素輸出的電壓沒有損失或損失很小，使得還原的光強(qiáng)失真小。而且，信 號(hào)電壓的小信號(hào)放大倍數(shù)接近1,保證了信號(hào)噪聲比?，F(xiàn)有技術(shù)利用源跟隨器做隔離、緩沖級(jí)，但是因?yàn)樵锤S器的精確度取決 NMOS管的開啟電壓的匹配程度，例如圖2所示的源跟隨器，其精確程度取決 于NMOS管Ml的開啟電壓，以及NMOS管M2所在的電流源電流匹配程度， 這在工藝上很難實(shí)現(xiàn)完美的控制。而本發(fā)明的列處理電路精度不取決于器件的開 啟電壓，因此精確度高。本發(fā)明中列處理電路輸出與輸入的偏差取決于運(yùn)算放大電路形式的電壓跟 隨器的輸出與輸入的偏差，因?yàn)檫\(yùn)算放大電路的輸出與輸入的偏差與開環(huán)放大倍 數(shù)成反比，而運(yùn)算放大電路形式的電壓跟隨器的開環(huán)放大倍數(shù)至少能達(dá)到二百五 十以上，因此偏差相對(duì)很小，而且該偏差受不同的制造工藝影響很小。因此本發(fā) 明的列處理電路的輸入電壓與輸出電壓基本相等，這樣便于測試感光像素的性 能、特征。現(xiàn)有技術(shù)利用源跟隨器做隔離、緩沖級(jí)，從制造工藝考慮，為了提高放大倍 數(shù)通常將NMOS管Ml的襯底與源極短接，但是這樣需要多畫一個(gè)P阱。而本 發(fā)明中，不需要將NMOS管的襯底不與源極短接在一起，保證了面積。第二實(shí)施例圖9所示為本發(fā)明的列處理電路的第二實(shí)施例的示意圖。在本實(shí)施例中與第 一實(shí)施例相同的部分不再贅述，不同的是，本實(shí)施例中，還包括第二級(jí)運(yùn)算放大器電路430,第二級(jí)運(yùn)算放大器電路430的輸入端連接至少兩個(gè)參考電壓單元200 的運(yùn)算放大器電路230的輸出，例如可以連接2個(gè)運(yùn)算放大器電路230、連接3 個(gè)運(yùn)算放大器電路230、連接6個(gè)運(yùn)算放大器電路230等等。如圖9所示的，第 二級(jí)運(yùn)算放大器電路430的輸入端連接兩個(gè)參考電壓單元200的運(yùn)算放大器電路 230的輸出。第二級(jí)運(yùn)算放大器電路430的輸出端連接第一選通開關(guān)410，其中 第二級(jí)運(yùn)算放大器電路430連接為電壓跟隨器形式，例如可以和與其相連的運(yùn)算 ;改大器電^各230的結(jié)構(gòu)相同。類似地，光強(qiáng)電壓單元300也可以連接有第二級(jí)運(yùn) 算放大器電路530,第二級(jí)運(yùn)算放大器電路530的輸入端連接光強(qiáng)電壓單元的運(yùn) 算放大器電路330的輸出，第二級(jí)運(yùn)算放大器電路530的輸出端連接第二選通開 關(guān)420,其中第二級(jí)運(yùn)算放大器電路530連接為電壓跟隨器形式。第二實(shí)施例中，采用第二級(jí)運(yùn)算放大器電路430和530，可以減少列處理電 路輸出端的負(fù)載電容，因?yàn)樨?fù)載變小降低了第二級(jí)放大器的設(shè)計(jì)難度，減小了芯 片面積，使得其設(shè)計(jì)難度和功耗位于合理的范圍內(nèi)，同時(shí)也提高了輸出端的輸出 速率。這是因?yàn)?，列處理電路包括多個(gè)列處理單元25,每個(gè)列處理單元25的參考 電壓單元200具有一個(gè)連接為電壓跟隨器形式的運(yùn)算放大器電路230,光強(qiáng)電壓 單元300具有一個(gè)連接為電壓跟隨器形式的運(yùn)算放大器電路330,采用第一實(shí)施 例的實(shí)現(xiàn)方式，多個(gè)電壓跟隨器230的輸出端230b需要并接到一個(gè)輸出端上， 多個(gè)電壓跟隨器330的輸出端330b也需要并接到一個(gè)輸出端上。如此，在列處 理電路包括的列處理單元的數(shù)目過多時(shí)，則輸出端的負(fù)載電容會(huì)過大，使得輸出 端輸出的速率降低。而如圖9所示的第二實(shí)施例可以克服此種缺陷。第三實(shí)施例圖IO所示為本發(fā)明的列處理電路的第三實(shí)施例的示意圖。在本實(shí)施例中與 第一實(shí)施例相同的部分不再贅述，不同的是，在本實(shí)施例中，列處理單元25還包括第三級(jí)運(yùn)算放大器電路440，至少2個(gè)參考電壓單元200的第二級(jí)運(yùn)算放大 器電路430的輸出端和第三級(jí)運(yùn)算放大器電路440的輸入端相連，第三級(jí)運(yùn)算放 大器電路440的輸出端和第一選通開關(guān)410相連，其中第三級(jí)運(yùn)算放大器電路 440為連接為電壓跟隨器形式的運(yùn)算放大器電路。例如可以和與其相連的第二級(jí) 運(yùn)算放大器電路430的結(jié)構(gòu)相同。類似地，光強(qiáng)電壓單元300也可以連接有第三 級(jí)運(yùn)算放大器電路540,至少2個(gè)光強(qiáng)電壓單元300的第二級(jí)運(yùn)算放大器電路530 的輸出端和第三級(jí)運(yùn)算放大器電路540的輸入端相連，第三級(jí)運(yùn)算放大器電路 540的輸出端和第二選通開關(guān)420相連，其中所述第三運(yùn)算放大器電路540連接 為電壓跟隨器形式。另夕卜，在其它實(shí)施例中，可根據(jù)實(shí)際情況和需求，例如，根據(jù)具體的負(fù)載電 容情況，還可以設(shè)置第四級(jí)運(yùn)算放大器電路、第五級(jí)運(yùn)算放大器電路等等。在上述實(shí)施例中高電平VDD為電源電壓，例如3.3V,低電平VSS為地電 壓0V。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種圖像傳感器的列處理電路，包括列處理單元，其特征在于，所述列處理單元包括參考電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；光強(qiáng)電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；差分輸出開關(guān)，一端連接在所述參考電壓單元的控制開關(guān)和所述參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路之間，另一端連接在所述光強(qiáng)電壓單元的控制開關(guān)和所述光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路之間；其中所述運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列處理電路，其特征在于，所述列處理 單元的參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出端和第一選通開關(guān)相連， 所述列處理單元的光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出端和第二選 通開關(guān)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的列處理電路，其特征在于，還包括第二 級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入端連接至少兩個(gè) 所述參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出，輸出端連接所述第一選通 開關(guān)，其中所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的列處理電路，其特征在于，還包括第三 級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入端連接至少兩個(gè) 第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端 和所述第一選通開關(guān)相連，其中所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓 跟隨器形式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的列處理電路，其特征在于，還包括第二 級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入端連接至少兩個(gè) 所述光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路的輸出，輸出端連接所述第二選通開關(guān)，其中所述第二級(jí)運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的列處理電路，其特征在于，還包括第三 級(jí)運(yùn)算放大器電路，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸入端連接至少兩個(gè) 第二級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端，所述第三級(jí)運(yùn)算放大器電路的輸出端 和所述第二選通開關(guān)相連，其中所述第三運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟 隨器形式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列處理電路，其特征在于，所述運(yùn)算放 大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS管的柵極接 偏置電壓，第一 PMOS管的漏才及接第二 PMOS管的源極和第三PMOS 管的源極；第二 PMOS管的柵極為輸入端，第二 PMOS管的漏極接第 一 NMOS管的漏極和柵極，第一 NMOS管的源極接低電平；第三PMOS 管的柵極為輸出端，所述輸出端和第三PMOS管的漏極連接第二 NMOS 管的漏極，第二NMOS管的源極接低電平，第二NMOS管的柵極接第 一畫OS管的柵極。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列處理電路，其特征在于，所述運(yùn)算放 大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS管的柵極和 漏極連接第一NMOS管的漏極；第一NMOS管的柵極為輸入端，第一 NMOS管的源極連接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的柵極接偏 置電壓，第二NMOS管的源極接低電平；第三NMOS管的源極接第一 NMOS管的源極，第三NMOS管的柵極和漏極接輸出，第二PMOS管 的源極接高電平，第二 PMOS管的柵極接第一 PMOS管的柵極，第二 PMOS管的源極接高電平。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列處理電路，其特征在于，所述運(yùn)算放 大器電路中，第一 PMOS管的源極接高電平，第一 PMOS管的柵極和 漏極連接第一NMOS管的漏極；第一NMOS管的柵極為輸出端，第一 NMOS管的源極連接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的柵極接偏 置電壓，第二NMMOS管的漏極接低電平；第三NMOS管的源極接第 一NMOS管的源極，第三NMOS管的柵極為輸入端，第三NMOS管的漏極接第二 PMOS管的漏極，第二 PMOS管的源極接高電平，第二 PMOS管的柵極接第一 PMOS管的柵極，第二 PMOS管的源極接高電 平，第三PMOS管的柵極接第二 PMOS管的漏極，第三PMOS管的漏 極為輸出端并且接第四NMOS管的漏極，第四NMOS管的柵極接偏置 電壓，第四NMOS管的源極接低電平。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列處理電路，其特征在于，所述運(yùn)算放 大器中，第一PMOS管的源極接高電平，第一PMOS管的柵極接偏置 電壓，第一 PMOS管的漏核j妄第二 PMOS管的源卩〖及和第三PMOS管的 源極；第二 PMOS管的柵極為輸出端，第二 PMOS管的漏極接第一 NMOS管的漏極和柵極，第一NMOS管的源極接低電平；第三PMOS 管的柵極為輸入端，第三PMOS管的漏極連接第二 NMOS管的漏極， 第二 NMOS管的源極接低電平，第二 NMOS管的柵極接第一 NMOS 管的柵極，第二NMOS管的漏極接第三NMOS管的柵極，第三NMOS 管的源極接低電平，第三NMOS管的漏極接第二PMOS管的柵極；第 四PMOS管的源極接高電平，第四PMOS管的柵極接偏置電壓，第四 PMOS管的漏極接第三NMOS管的漏極。
11、 一種包括權(quán)利要求1至IO任一項(xiàng)所述的列處理電路的圖像傳 感器，還包括和所述列處理電路連接的像素陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖像傳感器的列處理電路及圖像傳感器，該列處理電路的列處理單元包括參考電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；光強(qiáng)電壓單元，包括從輸入端向輸出端依次串聯(lián)的控制開關(guān)和運(yùn)算放大器電路，以及一端連接于所述控制開關(guān)和電壓跟隨器之間的接地電容；差分輸出開關(guān)，一端連接在所述參考電壓單元的控制開關(guān)和所述參考電壓單元的運(yùn)算放大器電路之間，另一端連接在所述光強(qiáng)電壓單元的控制開關(guān)和所述光強(qiáng)電壓單元的運(yùn)算放大器電路之間；其中所述運(yùn)算放大器電路連接為電壓跟隨器形式。本發(fā)明提高了列處理電路輸出光強(qiáng)電壓信號(hào)的精確度。
文檔編號(hào)H04N3/15GK101605201SQ20081018946
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者羅文哲, 巨 陳, 明 韓 申請(qǐng)人:昆山銳芯微電子有限公司