CN101160956A - 用于图像传感器的多点相关取样 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包含相关取样电路的改进型无源像素传感器(PPS)电路和在取样周期期间将像素电荷泄漏积累到积分放大器上的方法。提供积分器电路以用于积累经由列线接收到的PPS像素电荷,且提供相关取样电路以用于去除kTC噪声和暗积累。提供对积分器输出的多点取样,其中使用至少第一和第二相关样本来检测来自列线泄漏的电荷积累,且在像素读出之后使用至少第三样本来检测所述PPS信号。采用所述相关取样方法以从所述PPS信号去除kTC噪声和暗积累。

Description

用于图像传感器的多点相关取样
技术领域
本发明大体上涉及无源像素传感器图像装置以及用于所述装置的相关取样方法。
背景技术
图像传感器通常采用光检测元件(例如,光传感器)且在多种应用中使用。此类图像传感器可使用多种制作技术来形成。当前,两种通常制作的图像传感器是CMOS图像传感器和电荷耦合装置(CCD)图像传感器。每一传感器大体上包括含有光传感器的像素阵列。所述图像传感器通常使用具有光电门、光电晶体管或光电二极管形式的光传感器。
当图像聚焦在图像传感器阵列(还称为“成像器阵列”或“像素阵列”)上时,对应于所述图像的光通常通过微透镜而引导到像素。每一微透镜可用于将传入光穿过相应像素的电路区引导到光传感器区,进而增加到达光传感器的光的量。此项技术中已知使用包括存储区的电路,所述存储区收集表示到达光传感器的光的像素电荷。
在CMOS成像器中,所述阵列的像素将像素电荷转换为模拟电压信号,所述模拟电压信号与由光传感器收集的光成比例。此项技术中已知使用行选择晶体管来在像素阵列中选择特定行且致使用于所述选定行中每一像素的存储元件(例如,浮动扩散区)在列线上提供输出电压(其表示所收集的电荷)以供由图像传感器电路进一步处理。因此,像素阵列电路一次一行地(即,选定行)对像素阵列的每一列中的像素输出电压进行取样。将模拟电压信号转换为数字信号,所述数字信号可用于复制由入射在所述阵列的光传感器上的光(即,入射光)表示的图像。举例来说,数字化像素阵列电压信号可用于存储相应图像或在监视器上显示相应图像或者另外方面提供关于图像的信息。
已知在图像传感器中使用每个像素列具有一个放大器的无源像素传感器(“PPS”)。在PPS图像传感器中。每一像素仅含有一个晶体管,其用作用于将像素内容切换到电荷放大器的电荷门。
还已知在图像传感器中使用有源像素传感器(“APS”)。在APS中,每一像素具有放大器。APS通常具有四个晶体管(4T),但还已知其它配置(举例来说,3T和5T)。
尽管在CMOS图像传感器中PPS的出现先于APS的使用,但直到APS出现时,CMOS图像传感器才在商业使用中大大增加。发生这种情况,部分是因为在历史上PPS已经因为固定图案噪声(“FPN”)和由于降低读出灵敏性和列线泄漏的噪声而为劣等的而获得恶名。因而,与具有PPS的CMOS图像传感器相比,电荷耦合装置(“CCD”)受到偏爱,尽管CCD的制造过程比CMOS装置的制造过程昂贵得多。
然而,随着APS的出现,已变得能够通过放大器和行选择晶体管来读取像素的浮动扩散区。与每列具有放大器的PPS不同,APS对于每个像素具有放大器且可逐个像素地补偿噪声。与传统的PPS图像传感器电路相比,APS具有增加的读出灵敏性。
APS还由于降低的列线泄漏的缘故而相对于传统PPS电路具有改进性能。在PPS中,当像素泄漏时(这例如在像素高光溢出时发生),像素电荷直接流过晶体管栅极且到达列线上。与PPS不同,APS的多晶体管配置使得像素信号能够得以缓冲,进而降低列线泄漏。
APS是当今CMOS图像传感器的最常见形式。然而,尽管具有优于传统PPS电路的例如增加的读出灵敏性和降低的列线泄漏的益处,APS相对于PPS而需要显著更多的包围像素区域的电路,且提供显著降低的填充因数。举例来说,将百分之七十的像素阵列区域用于放大器和其它相关联电路的APS电路并不少见。这是不合需要的。
已知在PPS电路中使用积分器放大器来改进读出灵敏性。积分器维持恒定的列线电压且对从像素倾卸到反馈(例如,积分)电容器的电荷进行积累。反馈电容必须较低,以便获得较高转换增益。然而,低反馈电容导致kTC噪声。这是不合需要的。
还已知在PPS成像器电路中使用两点相关双重取样(“CDS”)来去除kTC噪声。举例来说,两点CDS对像素信号输出(经由列积分器电路)取样,且用于去除由于在取得第一取样点与取得第二取样点的时间之间发生的列线泄漏引起的噪声。列线泄漏可由多种原因引起。此类泄漏(例如,“暗积累”)主要是由于正被读出的行中的电荷泄漏所造成,但还可由在除读出行以外的行中的高光溢出引起。由列线而并非像素拾取的光生电子(例如,作为像素高光溢出的结果)导致列线上的泄漏电流。列线泄漏量可在列之间有所变化,且可向给定列中的所有像素添加暗信号。此外,寄生电容可能相当大,且放大器将难以在合理的稳定时间内驱动此电容。因而,复位与信号取样之间所需的时间必须长于实现较短稳定时间时所需的时间。这又为呈暗积累形式的额外列线泄漏提供额外的时间。尽管两点CDS可用于从包含积分器的PPS电路去除kTC噪声,但在所述两点取样中仍然存在相当大的不良暗积累(尤其是在第一取样点的时间之后发生的暗电流)。
仍然需要一种具有增加的像素填充因数的改进图像传感器,其具有尺寸减小的像素和相关联电路。还需要一种具有增加的读出灵敏性的改进PPS电路。还需要一种具有降低的列线泄漏的改进PPS电路。此外,需要一种具有用于去除kTC噪声和暗积累的改进相关取样的PPS电路。
发明内容
本发明在多种方法和装置示范性实施例中提供一种改进的PPS电路和其操作方法,其在取样周期期间将泄漏积累到积分器放大器上。本发明的方法和装置为降低kTC和暗积累噪声(例如来自像素行的总线泄漏和高光溢出)提供改进的相关取样。
以上和其它特征及优点在本发明的多种方法和装置示范性实施例中通过提供用于取样和保持对应于经由积分器电路接收到的像素信号的多个信号的相关取样电路来实现。本发明中使用包含积分器和相关取样电路的PPS传感器电路来实现具有缩减尺寸和改进性能的简化电路。
附图说明
从以下参看附图提供的示范性实施例的详细描述中将更容易了解本发明的前述和其它优点及特征,在附图中:
图1是列平行图像传感器的方框图;
图2A是产生模拟信号的图像传感器中的APS像素单元的示意图;
图2B是产生模拟信号的图像传感器中的PPS像素单元的示意图;
图3是来自像素阵列的将信号输出到积分器和两点CDS电路的PPS像素传感器列的示意图;
图4是用于图3电路的常规两点CDS取样方法的信号取样值和取样时序的图;
图5是本发明实施例的图,其中来自像素阵列的两个PPS像素传感器列每一者将信号输出到积分器和具有至少三个取样点的多点相关取样电路;
图6是本发明的图5实施例的一个列的示意图,其采用具有开关电容器网络形式的四点相关取样电路;
图7是图5的实施例(用于采取四个样本)和图6的特定电路实施例中采用的多点相关取样方法的信号取样值和信号时序的图;
图8A是用于具有抗高光溢出晶体管的图像传感器的PPS像素单元的示意图;
图8B是用于图像传感器的两路共享PPS像素单元配置的示意图;
图8C是用于图像传感器的四路共享PPS像素单元配置的示意图;
图9是根据本发明示范性实施例的并入有包含PPS电路的图像传感器的处理器系统的方框图。
具体实施方式
在随后详细描述中,参看附图,所述附图形成本文的一部分且说明本发明的特定实施例。充分详细地描述这些实施例,以使得所属领域的技术人员能够制作和使用本发明。还了解到,可在不脱离本发明精神和范围的情况下对所揭示的特定实施例作出结构、逻辑和过程变化。不应在限制意义上对待以下详细描述,且本发明范围仅由所附权利要求书界定。
图1说明CMOS成像器10的方框图。所述成像器10包括像素阵列11。所述像素阵列11包含多个像素,所述像素排列成预定数目的列和行。阵列11中给定行的像素均在相同时间由行选择线接通,且给定列的像素选择性地由列选择线输出。为整个阵列11提供多个行和列线(未图示)。行线选择性地由行驱动器14响应于行地址解码器15启动,且列选择线选择性地由列驱动器17响应于列地址解码器19启动。如图1所示,列驱动器17可(例如)为列存储器50结构的一部分。通过使用地址解码器15、19,为每一像素提供行和列地址。CMOS成像器10由时序和控制电路21以及行和列驱动器电路14、17操作,所述时序和控制电路21控制用于选择恰当行和列线以供像素读出的地址解码器15、19,且所述行和列驱动器电路14、17向选定行和列线的驱动晶体管施加驱动电压。像素阵列11输出信号VSIG作为可由成像器10进一步处理的模拟信号。通常,VSIG由模拟-数字转换器(ADC)44数字化。举例来说,列平行ADC可用于将从对应列中给定像素接收的模拟信号转换为可存储在存储器50中的数字值。或者,与列平行ADC不同的ADC结构可用于数字化模拟信号,例如列串行结构(例如,一个ADC用于所有列)。
在包含APS像素的CMOS成像器系统中,通常采取两个信号,即复位信号VRST(在复位浮动扩散区之后立即采取的)和像素电荷信号VSIG(在对应于光电二极管上收集的电荷的信号转移到浮动扩散区之后采取的)。如下文更详细解释,在常规相关双重取样方法中使用这两个信号VRST、VSIG来去除kTC噪声,但未能降低其它信号噪声,例如由于暗积累引起的噪声。本发明提供一种用于取样至少三个信号以获得改进的信号噪声去除(包括降低暗电流)的结构和方法。本发明不仅改进PPS像素的性能,而且还适用于APS像素结构,其中在浮动扩散区上收集的信号噪声(例如,暗积累)以大致恒定的速率增加。
图2A展示用于例如图1所说明的CMOS成像器10的成像器中的四晶体管(4T)APS像素单元12。APS像素单元12包括光传感器16、浮动扩散区22、转移晶体管20、复位晶体管38、源跟随器晶体管28和行选择晶体管30。光传感器16经展示为光电二极管,但也可使用其它形式的光传感器(例如,光电门等)。当转移晶体管20由控制信号TX启动时,光传感器16由转移晶体管20连接到浮动扩散区22。复位晶体管38连接在浮动扩散区22与阵列像素电源电压VAA-Pix之间。复位控制信号RST用于启动复位晶体管38,所述复位晶体管38将浮动扩散区22复位到复位电压VRST,如此项技术中已知的。源跟随器晶体管28将其栅极连接到浮动扩散区22,且连接在像素电源电压VAA-Pix与行选择晶体管30之间。源跟随器晶体管28将存储在浮动扩散区22处的电荷转换为电输出电压信号。行选择晶体管30可由行选择信号行控制以用于选择性地将源跟随器晶体管28和其输出电压信号连接到像素阵列的列线23。当图2A像素电路用于图1系统中时,每一像素输出在复位浮动扩散区22之后采取的复位电压VRST和在光生电荷由转移晶体管20转移到浮动扩散区之后采取的像素输出电压VSIG。这些信号由ADC 44减去(VRST-VSIG)以用于常规的相关双重取样,并经数字化,且表示与来自其它阵列像素的像素图像信号一起收集的像素图像信号。
图2B展示用于例如图1所说明的CMOS成像器10的成像器中的PPS像素单元13。PPS像素单元13包括光传感器16和转移晶体管20。如同在APS像素单元12(图2A)的情况中,所说明的PPS像素单元13使用光电二极管,但也可使用其它形式的光传感器。当转移晶体管20由控制信号TX启动时,光传感器16连接到(且将所收集电荷读取到)列线23。PPS具有许多益处,包括(例如)以下各项。PPS经配置为简单电路(例如,单个晶体管电路),且像素尺寸可非常小而具有较大光敏区域(例如,因为具有较小电路需要容纳)。通过PPS像素阵列的金属布线限于晶体管的一个水平电线和列信号的一个垂直电线。PPS电路的信号滞后达到最小,因为列线永久地保持具有高电压。将列线维持为永久高电压具有其它益处,包括(例如)当使用针扎光电二极管时,所述光电二极管可在被读取时自动复位,因为可采用列线上的电容和放大器反馈环路来将列线保持为恒定电压,所述恒定电压不会降落到针脚电压以下。没有将列线电压降落到针脚电压以下防止剩余电荷残留在光电二极管上。(比较(例如)4TAPS,其中当浮动扩散电压降落为低于针脚电压时电荷残留在光电二极管上且必须复位像素以便去除此残留电荷。)另外,当在PPS电路中使用针扎光电二极管时,复位不会添加kTC噪声,因为针脚电压建立复位电压电平,且高光溢出通过晶体管栅极而排出到列线上。PPS电路还具有较低像素暗电流,因为在光电二极管上没有接触。PPS电路中的垂直装箱(vertical binning)(即,累积来自多个列的读出)只是简单地同时将两个或两个以上转移晶体管20脉冲调制为高。
与APS像素性能不同,PPS像素性能由列电路确定,且在像素尺寸减小时不会降级像APS那样多。此属性在许多商业市场中是有利的。举例来说,例如手持式和蜂窝式电话市场的市场生产必须满足小尺寸约束的产品,且趋向于甚至以显著增加的成本具有较小像素的产品。PPS像素对于这些和其它许多市场将是有利选择。
传统PPS传感器电路的问题之一是它们缺乏读出灵敏性。已知使用包含积分器放大器的PPS电路来改进读出灵敏性。图3说明已知的PPS CMOS电路。出于简单起见,图3说明来自像素阵列11(图1)的单个列,且说明所述阵列的许多列中的所述列的两个PPS像素传感器13。展示了行N和N+1的PPS像素传感器13,其分别具有相应转移信号TX_N、TX_N+1以控制各自转移栅极20。如图3说明,所述电路包含PPS像素传感器13、积分器电路41和CDS电路50以用于执行2点CDS。图1的成像器可经修改(例如)以在像素阵列11(图1)的列线输出与ADC 44(图1)的输入之间包括图3的积分器电路41和CDS电路50。
积分器电路41包含反馈电容器(即,电荷积分电容器)CINT和放大器42。积分器电路41维持列线23上的恒定电压,且将经由列线23从像素13接收到的电荷积累到反馈电容器CINT上,这导致积分器电路41的输出处的电压增加。然而,反馈电容必须较低,以便实现较高转换增益。较低反馈电容导致kTC噪声。因此,积分器电路41改进了读出灵敏性,但由于电容器CINT上的低反馈电容而增加了kTC噪声。在图3中,电容器Cac执行AC耦合功能以维持列线23上的恒定电压。
如图4所示且进一步参看图3,常规上使用两点CDS电路50来去除kTC噪声。在存储在PPS像素传感器13的给定行上的电荷被读出并积累到积分器电路41上之后,必须复位电容器CINT以便积累接下一连串的传入电荷。如图4的时序图部分所示,复位信号RESET是一连串脉冲信号中的第一个,且用于复位积分器电路41以接收由像素13收集的电荷。在图3实施例中,在施加RESET信号时发生复位(其中开关RESET处于闭合位置中)。
在复位PPS像素传感器13之后,将列线23保持在Vhigh,且将列线23上的电荷积累到积分器电路41的反馈电容中并存储在反馈电容器CINT上。所积累的电荷在积分器电路41的输出处表现为电压增加。积分器电路41可用于增加转换增益,因为相应增益与1/CINT成比例。因此,为了获得高转换增益,反馈电容CINT需要尽可能低,因此将在复位期间添加kTC噪声并且其包括在积分器输出中。
图4展示在施加RESET脉冲之后,施加复位取样脉冲SHR。信号脉冲SHR致使由CDS电路50取样并保持复位信号VRST。在图3的实施例中,SHR被施加到取样并保持VRST的取样和保持电路54。VRST的取样和保持是所述两点CDS取样的第一取样点。
如图4进一步展示,在转移信号脉冲TX之前不久施加SHR。采用TX以驱动转移栅极20以用于读出像素13(图3)。通过恰在脉冲TX之前施加脉冲SHR(图4),第一取样点VRST发生在读出像素之前不久处。以此方式,在复位末端附近且在开始像素读出之前采取第一取样点VRST
在图3电路中,将TX施加到像素13的转移栅极20以致使在给定像素行上读出所收集的电荷(例如,将TX_N施加到行N中的像素的转移栅极,从而致使在此行中的光传感器16处收集的电荷转移到列线23)。出现在列线上的电荷将积累到积分器电路41的反馈电容器CINT上,采用所述反馈电容器CINT以将积分器电路41的输出处的电压增加对应于所收集并从PPS传感器像素13处读出的电荷的量。
积分器电路41的输出VSIG因此对应于像素信号电平。再次,出于简单起见,图3仅展示用于列线23的一连串PPS像素传感器13中的两者,且仅展示像素阵列中的一连串列中的一列(Col_M)。在施加脉冲SHS(图3)时由取样和保持电路52对VSIG进行取样和保持。这是所述两点CDS取样的第二取样点。
如图3说明,CDS电路50确定保持在取样和保持电路52上的像素信号电平VSIG与保持在取样和保持电路54上的先前取样复位电平VRST之间的差分电压(例如,CDS 50从VSIG减去VRST)。因为VRST和VSIG包括kTC噪声,所以当确定像素信号电平(VSIG)与复位信号电平(VRST)之间的差值时,所述2点CDS方法从VSIG去除此噪声。
当图1的系统中采用图3电路时,将复位信号施加到列线(且因此复位电压VRST),且针对每一像素产生像素输出电压VSIG。对于常规的相关双重取样,将这些信号相减(VRST-VSIG)以产生信号(例如,Sig_M),所述信号由ADC 44数字化并表示像素图像信号。
尽管两点CDS电路50去除kTC噪声,但可在积分器电路41上发生暗积累且所述暗积累可作为噪声包括在积分器电路41的输出中。暗积累可(例如)由来自永久连接到给定列线23的扩散区中的泄漏电流的电子或由高光溢出到列线23中的其它列中的像素产生。泄漏电流可基本上归因于连接到列线23的很多行PPS像素传感器13。然而,因为列线23由积分器电路41反馈环路(例如,电容器Cac的ac耦合功能)和列线电容保持在虚拟Vhigh,所以假定在列信号取样期间图像不发生显著变化,就可认为前述泄漏为恒定的。
图4时序图展示在两点CDS结果中存在暗积累。在图4中,在已经开始复位之后(即,在已经施加RESET之后)且在像素读出之前(即,在脉冲TX升高之前不久)对VRST进行取样(响应于控制信号SHR)。同样如图4所示,尽管两点CDS俘获在RESET与VRST取样之间发生的暗积累(即,俘获的暗积累),但在VRST取样与VSIG取样之间发生的暗积累仍未被俘获(即,剩余暗积累)。因此,由传统CDS电路和方法计算的VRST与VSIG之间的差去除在取样VRST之前所累积的暗电流,但不去除在VRST与VSIG之间发生的暗电流。
因为暗积累可逐列变化且列寄生电容可相当大,所以可能必须增加列放大器(未图示)用于驱动此寄生电容所需的稳定时间。增加的稳定时间导致复位与像素信号取样之间的较长时间。如先前提到的,可认为列线泄漏(即,暗积累)是恒定的,因此增加的稳定时间允许在其期间总体列线泄漏增加的额外时间。
图5说明针对PPS阵列电路60的两个列实施的本发明示范性实施例,所述电路60具有较大数目的像素行和列且采用多点相关取样。如图5中说明,PPS阵列电路60包含多个列,其每一者具有PPS像素单元13、列线23、积分器电路40和相关取样电路90。还应了解,图5实施例展示每个列的代表性数目的PPS像素单元1、2、……、1024,但像素阵列可具有排列成行和列的任何数目的PPS像素单元。
在图5的实施例中,取样和保持电路SH处的相关取样电路90取样多个复位电平电压VRST-1到VRST-N(其中N≥2)。变量N对应于对复位电压取样的次数(即,取样VRST-1到VRST-N的数目)。每一取样和保持值(例如,VRST-i=1、VRST-i=2、……、VRST-i=N和VSIG)对应于从积分器电路40接收到的输出,且保持在相关取样电路90的取样和保持电路SH上。取样和保持电路SH可以多种方式来实施。举例来说,SH可针对每一取样信号包含单独取样和保持电路,或可包含用于处理每一取样信号的单个取样和保持电路。在图5的示范性实施例中,相关取样电路90基于最初两个取样复位值之间的差和最后取样的复位值与VSIG之间的差来产生相关取样输出。
优选地,如图5所示,偏移校准电路46用于存储积分放大器42的偏移值,并响应于控制信号CTRL而将此偏移值施加到电容器CINT。接着将电容器CINT从列线23接收的信号值减小存储在CINT上的偏移值,进而有效地去除由放大器42固有地施加且原本将出现在积分器40的输出中的偏移误差。积分器40不需要AC耦合电容器,但优选地具有三态或断电能力。所属领域的技术人员将认识到可使用替代性积分器实施例;举例来说,可在图5实施例中使用积分器41(先前相对于图3描述)来代替积分器40。
相关取样电路90根据下式产生输出:
VRST-i=1-VRST-i=2-VRST-i=N+VSIG=(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-N)    (1)
对于N=2,i=2还是i=N,且等式(1)变为:
VRST-i=1-VRST-i=2-VRST-i=2+VSIG=VRST-1-(2*VRST-i=N=2 )+VSIG    (2)
因此,因为对于N=2,仅存在复位信号的两个样本,所以必须使用最后的复位样本两次(例如,减去两次或乘以2之后减去)。当以硬件实施等式(2)时,采用2X增益以便实现(2*VRST-i=N=2)(即,使用相同信号值两次)可能是可行的。
图6展示图5的PPS电路,其具有可用于图5的相关取样电路90(N≥3)的一个特定电路实例。出于简单起见,图6仅展示具有用于根据等式(1)计算相关取样值的开关电容器电路网络的PPS阵列电路60的一个像素列(在许多列中)。如图6所示且下文解释,相关取样电路90包含取样电容器Csmpl、AC耦合电容器Cac2和反馈电容器Cfb以及放大器95。
在图6的实施例中,像素信号积累到积分器40上且输出到相关取样电路90。输出信号施加到电容器Csmpl的顶板,且参考电压施加到电容器Csmpl的底部或反之亦然,以在Csmpl上产生所需差(正或负)。如下文进一步详细解释,将所得差分电压(即,Csmpl上的差)施加到反馈电容器Cfb,所述反馈电容器Cfb在放大器95的输出中造成相应变化。
图7说明具有图6的特定实例性电路形式的图5的PPS电路的用于针对N=3计算等式(1)的操作。图5、6的多点相关取样去除由先前参看图3、4描述的两点CDS方法俘获的暗电流以及在复位VRST(例如,图4所示的传统复位取样点)与VSIG(像素信号取样点)之间发生的先前未俘获暗电流。
图5的积分器电路被复位且产生复位信号。此复位信号包括暗电流。将所述复位信号进行取样和保持两次或两次以上,其中每一样本间隔时间TSMP且对应于取样复位点VRST-1到VRST-i=N。因为复位信号包括暗电流(其以恒定速率累积),所以VRST-i=1与VRST-i=2的差中的暗电流对应于间隔相同时间(例如,TSMP)的后续取样点中的暗电流。或者,取样时间TSMP上的暗电流可用于确定不同的相应后续采样时间(例如,2*TSMP、1/2TSMP等)上的暗电流,且相应地对等式(1)进行修改。
举例来说,如果第一取样复位值(例如,VRSTi=1)与稍后取样复位值(例如,VRST-i=2)之间的第一取样时间是TSMP,且如果VSIG与先前复位取样点(例如,VRST-i=Z)之间的第二取样时间是1/2TSMP,那么对于TSMP的取样散布范围和1/2TSMP的取样散布范围两者,斜率(即,暗电流的增加速率)在有关样本对的每一者之间仍至少大致相同(例如,Δy/Δx=m(即,暗电流的增加速率))。因此,在取样时间减半(例如,Δx减半)的情况下,暗电流的增加(取样信号之间的差值Δy)也减半,且可基于从最初两个复位样本获得的暗电流测量,通过将等式(1)修改为下式来从像素信号去除暗电流:
(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-N)    (3)
在取样并保持复位值之后,将像素13耦合到列线23,所述列线23致使像素信号累到积分器电路40的放大器42上。所述积累的像素信号对应于由像素13收集的电荷,但还包括暗电流。积累的像素信号经取样并保持为VSIG。在前述对VRST-i=N进行取样之后的时间TSMP处对VSIG进行取样。因此,在VRST-1与VRST-2之间发生的暗电流对应于在间隔开TSMP的每一连续取样对之间发生的暗电流,包括在等式(1)的VRST-i=N与VSIG之间发生的暗电流。或者,可在先前取样的复位信号之后的不同相应时间处(例如,在VRST-i=N之后的时间1/2TSMP或2TSMP等处)对VSIG进行取样。
等式(1)计算(i)VRST-1与VRST-2之间的信号增加(即,-DKTSMP,随时间TSMP的暗电流)与(ii)VRST-i=N与VSIG之间的信号增加(即,DKTSMP+像素信号)之间的差值。因此,相关取样电路90计算(-DKTSMP)与(DKTSMP+像素信号)的和,所述和还原为像素信号。
如下文详细解释,图6表示图5的相关取样电路90的特定实例,其用于取样并保持积分器电路40的输出且用于根据等式(1)产生像素输出信号。现将进一步参看图7描述用于针对N=3计算等式(1)的图6电路中所示的相关取样电路90的特定实例的操作。
如图7所示,在SW1、SW2、SW4、SW7、SW8处施加一连串高脉冲信号。在SW1、SW2处施加高脉冲使得能够复位积分器电路40以便经由列线23接收信号。可通过在积分电容器上施加已知差分电压来复位积分器电路40。图6中展示采用复位的示范性实施例。在图6的实施例中,将高脉冲施加到复位开关SW1、SW2会闭合这些开关,且还致使将低脉冲施加到开关/SW1并断开此开关。此开关配置导致将高参考电压(经由积分器42和SW1的输出)和低参考电压(经由SW2)施加到Cint的极板。
同样如图7所示,在SW4、SW7、SW8处施加高脉冲。在图6的特定实施例中,施加这些脉冲致使开关SW4、SW7、SW8闭合。在此开关配置中,复位反馈电容器Cfb且放大器95准备从积分器40接收信号值。在复位放大器42后,便从列线23取样第一复位值VRST-1,从而在积分器电路40针对所述列(例如,图5、6的Col_M)的输出中造成相应变化。优选地,VRST-i=1的取样在像素复位后立即开始。
在图6的特定电路实例中,SW4、SW7、SW8闭合且积分器40的输出被施加到电容器Csmpl的底板(经由开关SW4)。通过将参考电压施加到放大器95的正极端子使得放大器95输出是经偏移调节的参考电压(即,输出包括参考电压加上放大器偏移)而将经偏移调节的参考电压经由SW7施加到Csmpl的顶板,且经由开关SW8、SW10(也处于闭合位置)和SW7而施加到电容器Csmpl的顶板。此开关配置还复位反馈电容器Cfb
如图7的实施例中进一步展示,先前施加的脉冲降低(即,相应开关断开)且在SW6、SW7处施加接下来的一连串高脉冲。VRST-i=1信号接着积累到放大器95和Cfb上。VRST-i=1信号的取样表示多点取样中的第一点。
如图7中进一步展示,先前施加的脉冲(在SW6、SW7处)降低,且在SW3、SW6处施加接下来的一连串高脉冲以在积分器电路40处对复位电压VRST-i=2进行取样和保持。在图6的特定电路实施例中,此开关配置(即,SW3、SW6闭合)将积分器42的输出(经由SW3)取样到Csmpl的顶板上,且将参考电压(经由SW6)取样到Csmpl的底板上。如图7中进一步展示,先前施加的脉冲(在SW3、SW6处)降低,且在SW6、SW7处施加接下来的一连串脉冲以积累VRST-i=2。在图6的特定实施例中,将VRST-i=2信号取样并保持到相关取样电路90上(经由SW7)。VRST-i=2信号的取样表示多点取样中的第二点。在图6的特定电路实施例中,SW9也闭合,且将先前积累的样本VRST-i=1(保持在Cfb上)施加到电容器Cac的最右侧板,并将取样值VRST-i=2施加到电容器Cac的最左侧板(经由SW7),进而在Cac上形成差分(例如,VRST-i=1-VRST-i=2),所述差分被施加到放大器95。
接下来如图7所示,先前施加的脉冲(即,SW6、SW7)降低(开关断开)且在SW3、SW6处施加接下来的一连串高脉冲以在积分器电路40处对复位电压VRST-i=N=3进行取样和保持。这再次使得能够对积分器42的输出进行取样(经由SW3)且将参考电压(经由SW6)取样到Csmpl的顶板和底板。接下来,如图7所示,先前施加的脉冲降低,且在SW6、SW7处施加一连串脉冲以积累VRST-i=3。将VRST-i=N=3信号取样并保持到相关取样电路90上(经由SW7)。VRST-i=3的取样表示图7的实施例的多点取样中的第三(和最后复位信号)点。在图6的特定电路实施例中,闭合SW9,且将先前计算的差分VRST-i=1-VRST-i=2(保持在Cfb上)施加到电容器Cac的最右侧板,并将取样值VRST-i=3施加到电容器Cac的最左侧板(经由SW7),进而在Cac上形成差分,例如[(VRST-i=1-VRST-i=2)-VRST-i=3],其被施加到放大器95。
可在本发明中采用N的其它值。在图6的特定电路实施例中,针对每一样本i直到i=N而重复用于在积分器电路40上对给定样本的复位电压进行取样和保持(其中开关SW3、SW6闭合)且将所取样的复位电压积累到相关取样电路90上(其中SW6、SW7闭合)的所述一连串开关配置。
对于图7所示的N=3实例且参看图6,在对i=N=3复位电压样本进行取样之后,施加转移信号TX,所述信号致使光电二极管16上累积的电荷被置于列线23上。优选地,如图7所示,在将VRST-i=N取样到积分器40上的末端且在将VRST-i=N信号积累到相关取样电路90的放大器95上之前,施加TX。如图6所示,施加转移信号TX驱动给定行的转移晶体管20且导致转移存储在相应像素13上的电荷。指定行的像素13电荷被读出到各自列线23(例如,图6的Col_M)上。
如图7进一步展示,在对应于VRST-i=N积累的脉冲信号SW6、SW7降低之后,将接下来的一连串高脉冲(SW4、SW5)施加到用于取样像素信号的相关取样电路90。在图6的特定电路实施例中,将像素信号VSIG经由SW4从积分器电路输出到Csmpl的底板,且将参考电压施加(经由SW5)到Csmpl的顶板。接下来,如图7所示,先前施加的脉冲(SW4、SW5)降低,且在SW6、SW7处施加一连串脉冲以将VSIG积累到放大器95和Cfb上。VSIG的取样表示多点取样中的最后点。在图6的特定电路实施例中,闭合SW9,且将先前计算的差分[(VRST-i=1-VRST-i=2)-VRST-i=3](保持在Cfb上)施加到电容器Cac的最右侧板,并将对应于VSIG的取样值施加到电容器Cac的最左侧板(经由SW7)。与用于对复位电压进行取样的开关配置(即,SW3、SW6开关配置)相比,用于对VSIG进行取样的开关配置(SW4、SW5)颠倒存储在Csmpl上的电压的极性,因此积累到相关取样电路90上的取样VSIG被称为-VSIG。将Cac上的所得差分(例如,[(VRST-i=1-VRST-i=2)-VRST-i=3-(-VSIG)])施加到放大器95,且计算等式(1):
VRST-i=1-VRST-i=2-VRST-i=N+VSIG=(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-N)    (1)
VSIG包括对应于由像素13收集的电荷的信号。针对TX的转移信号驱动时间(即,TX脉冲的长度)优选地均紧随VRST-i=N的取样脉冲SW3、SW4降低之后发生,且充分小于时间TSMP,使得在VSIG信号积累之前,给定行和列的存储在像素13上的电荷已经被完全取样(即,VSIG可被取样)到相应列线上。
作为以硬件计算等式(1)的替代方案,可使用软件来计算来自放大器95的输出信号(例如,通过根据计算等式(1)的需要来数字化对应于所取样复位信号VRST-i=1....N和像素信号VSIG的输出信号)。
通过使用此多点取样方法,可通过根据以上等式(1)减去在复位与像素信号取样点VSIG之间发生的暗电流增加来去除剩余暗电流。如图7所示,(VSIG-VRST-i=N)是间隔时间Tsmp的信号样本(VSIG)与复位样本(VRST-i)之间的差值,且其中(VRST-i=1-VRST-i=2)是间隔时间Tsmp的第一与第二复位样本之间的差值。
剩余暗电流表示未由传统两点取样方法俘获的噪声。传统两点取样方法在将转移晶体管拉高以供像素转移到列线之前取样一次(取样点VRST)(例如,可在像素复位结束附近、在像素信号转移之前不久取样VRST),且在像素电荷转移之后取样一次(由取样点VSIG表示)。此传统两点取样方法仅对复位信号取样一次,且未能俘获在第一取样点VRST之后发生的剩余暗电流。通过包括一个以上复位取样点,本发明的方法可用于近似得出在VRST与VSIG之间发生的暗电流,并俘获原本未俘获的剩余暗电流。
因为积分器输出处出现的暗电流是恒定的,所以可通过取样所述两个复位样本之间的差值(VRST-i=1-VRST-i=2)来测量给定时间周期(例如,TSMP)上的暗电流增加速率。可针对给定取样时间TSMP在像素信号转移之前确定暗电流增加,这可用于确定在可比取样点(优选地,相同的取样点Tsmp)上在像素信号转移之后发生的暗电流。举例来说,如图7所示,如同在最后复位取样点末端与像素信号取样点末端之间所使用,在第一复位取样点末端与第二复位取样点末端之间使用相同的时间周期TSMP。因此,差分(VRST-i=1-VRST-i=2)不仅表示在所述两个复位取样点之间发生的暗电流(-DKTSMP),而且还表示VRST-i=N与像素信号取样点VSIG之间发生的暗电流。通过将[VRST-i-1-VRST-i-2](即,-DKTSMP)添加到[VSIG-VRSTi=N](像素信号+DKTSMP),去除暗电流(DKTSMP)。
尽管在图5实施例和图6的特定电路实施例中展示PPS像素单元13(先前参看图2B描述),但所属领域的技术人员将认识到本发明中可采用各种种类的像素,例如图8A-C中所展示的替代性PPS像素实施例。
图8A实施具有抗高光溢出晶体管AB的PPS像素,在信号取样期间以轻微正电压来偏压所述晶体管AB以将来自其它行的高光溢出电荷排离列23。图8B是两路共享像素配置的实施例,其中两个光电二极管16响应于同时或大致同时施加的转移信号而向列线23放电(例如,向晶体管20A和20B两者施加TX_N+1)。图8C是四路像素配置的实施例,其中四个光电二极管16响应于同时或大致同时施加的转移信号而向列线23放电(例如,向每一晶体管20A、20B、20C和20D施加TX_N+1)。图8B和8C的共享配置具有优于非共享配置的益处,即降低输出扩散且增加填充因数。与图2B的PPS像素实施例相比,图8A的抗高光溢出配置具有排出额外噪声的优点。在图8A实施例中,对复位信号取样多次,并对对应于给定像素的像素电荷VSIG进行取样,且根据等式(1)进一步降低了信号噪声(例如,暗积累)。在图8B和8C实施例中,对复位信号取样多次(例如,对应于样本VRST-i=1-N),且将VSIG(其包含由共享像素每一者收集的像素电荷加上信号噪声(包括转移到列线的暗积累))转移到列线23并对其进行取样。如上文描述,可认为暗积累增加是大致恒定的,且可由间隔时间周期TSMP的两个复位信号样本确定。通过使用此暗电流以及间隔时间TSMP的共享像素信号样本VSIG与先前复位信号样本之间的差值,可根据等式(1)从像素信号去除暗电流。或者,如先前描述,可在先前取样复位信号之后的不同相应时间处(例如,在VRST-i=N之后的时间1/2TSMP或2TSMP等处)对VSIG进行取样,且相应地对等式(1)进行修改。
图9说明并入有包含PPS电路的成像装置608的处理器系统600的方框图,所述PPS电路具有根据本发明示范性实施例构建的积分器和3点相关取样电路。根据本发明实施例(即,并入有积分器电路622、相关取样电路624),可采用成像器装置608(例如)以产生如图1所示的A/D转换器626输出(即,图1的数字输出)。基于处理器的系统的实例包括(但不限于)计算机系统、相机系统、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、视频电话、监视系统、自动聚焦系统、星象跟踪仪系统、运动检测系统、图像稳定系统和其它成像系统。
成像装置608由像素阵列620组成,所述像素阵列620将模拟信号(对应于所收集的像素电荷)输出到积分器电路622,所以积分器电路622将积累的模拟信号输出到相关取样电路624。相关取样电路624执行三点相关取样,且将对应于以上等式(1)的模拟信号输出到模拟-数字转换器626。数字转换器626对模拟信号进行数字化,且将相应数字信号输出到图像处理器628,所述图像处理器628处理数字信号并将其输出到输出由路630。
系统600大体上包含中央处理单元(CPU)602(例如微处理器),其经由总线604而与输入/输出(I/O)装置606通信。成像器装置608也经由总线604而与CPU 602通信。系统600还包括随机存取存储器(RAM)610,且可包括可移除存储器615(例如闪速存储器),其也经由总线604而与CPU 602通信。成像装置608可与处理器组合,所述处理器例如CPU、数字信号处理器或微处理器,其中在单个集成电路或与处理器不同的芯片上具有或不具有存储器存储空间。
本发明进一步包括用于制作作为成像器装置608一部分的本发明实施例且用于连接其的制作方法,所述方法包含在集成电路芯片上形成:像素阵列620,其包含像素单元和读出电路;积分器电路622;相关取样电路624,其用于对至少两个像素复位信号和像素电荷信号进行取样和保持且用于从像素电荷信号去除剩余暗电流;以及连接件,其用于将模拟信号从像素阵列620传输到积分器电路622且从积分器电路622传输到相关取样电路624。制作相关取样电路624的方法还可包括制作:模拟-数字转换器626,其用于将相关取样电路624的输出转换为数字信号;图像处理器628;成像器装置输出电路630;以及连接件,其用于将模拟信号从相关取样电路624传输到模拟-数字转换电路626,从模拟-数字转换电路626传输到图像处理器628,且接着传输到成像器装置输出电路630。制作相关取样电路624的方法还可包括制作:开关电容器和放大器网络,其用于对所述至少两个像素重设信号和所述像素电荷信号进行取样和保持,且用于从像素电荷信号去除剩余暗电流。
上文描述的过程和装置说明示范性方法和装置,其中许多者可用于本发明。以上描述内容和图式说明示范性实施例,所述示范性实施例实现本发明的目的、特征和优点。然而,不希望本发明严格限于上文描述并说明的实施例。应当认为属于所附权利要求精神和范围内的对本发明所作的任何修改是本发明的一部分。

Claims (44)

1.一种图像传感器,其包含:
无源像素传感器阵列;
积分器电路,其用于接收由所述阵列中的一个或一个以上无源像素传感器收集的电荷,并用于接收复位电压,且用于产生相应的积分器电路输出信号;以及
相关取样电路,其用于分别对至少两个复位信号和对应于像素传感器的输出的像素输出信号VSIG进行取样和保持,且用于产生对应于以下各项的输出信号:(i)所述至少两个复位信号中的两者之间的差;以及(2)所述至少两个复位信号中的一者与所述像素输出信号之间的差。
2.根据权利要求1所述的图像传感器,其中所述积分器电路包含:
积分放大器,其具有耦合到所述相关取样电路的输出线;
积分电容器,其在一端上耦合到低电压电源且在另一端上耦合到高电压电源并经
由列线耦合到选定像素传感器,所述积分电容器进一步并联耦合到所述积分放大器。
3.根据权利要求2所述的图像传感器,其中所述积分放大器产生误差电压,所述积分器电路进一步包含偏移校准电路,所述偏移校准电路耦合到所述积分电容器以施加用于补偿所述误差电压的调节电压。
4.根据权利要求2所述的图像传感器,其中所述积分放大器具有断电能力。
5.根据权利要求2所述的图像传感器,其中所述积分放大器具有三态能力。
6.根据权利要求2所述的图像传感器,其中所述至少两个复位信号包含第一复位信号VRST-1和第二复位信号VRST-2
7.根据权利要求6所述的图像传感器,其进一步包含:
第一复位开关,其耦合到所述列线且耦合到所述积分电容器以用于施加高电压;
以及第二复位开关,其耦合到所述积分电容器且耦合到所述积分放大器以用于施加低电压,所述高和低电压提供跨越所述积分电容器的复位电压,所述复位电压提供所述积分器电路处的输出,在两个时间间隔点处对所述输出进行取样以产生所述第一复位信号VRST-1和第二复位信号VRST-2
8.根据权利要求1所述的图像传感器,其中所述相关取样电路包含三个取样和保持电路,以用于各自对所述至少两个复位信号和所述像素输出信号中的至少一者进行取样和保持。
9.根据权利要求7所述的图像传感器,其中所述相关取样电路包含开关电容器网络。
10.根据权利要求9所述的图像传感器,其中:
所述开关电容器网络包含至少一个取样和保持电容器以用于接收所述第一复位信号VRST-1、第二复位信号VRST-2和像素输出信号VSIG;且
所述相关取样电路接收对应于保持在所述至少一个取样和保持电容器上的电压的信号以产生信号(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-2)。
11.根据权利要求10所述的图像传感器,其中首先对VRST-1进行取样和保持,其次对VRST-2进行取样和保持,且第三对VSIG进行取样和保持。
12.根据权利要求2所述的图像传感器,其中所述至少两个复位信号包含第一复位信号VRST-1、第二复位信号VRST-2和第三复位信号VRST-3
13.根据权利要求12所述的图像传感器,其进一步包含:
第一复位开关,其耦合到所述列线且耦合到所述积分电容器以用于施加高电压;
以及第二复位开关,其耦合到所述积分电容器且耦合到所述积分放大器以用于施加低电压,所述高和低电压提供跨越所述积分电容器的复位电压,所述复位电压提供所述积分器电路处的输出,在三个时间间隔点处对所述输出进行取样以产生所述第一复位信号VRST-1、第二复位信号VRST-2和第三复位信号VRST-3
14.根据权利要求13所述的图像传感器,其中所述相关取样电路:
包含开关电容器网络,其包含至少一个取样和保持电容器以用于接收所述第一复位信号VRST-1、第二复位信号VRST-2、第三复位信号VRST-3和像素输出信号VSIG;且接收对应于保持在所述至少一个取样和保持电容器上的电压的信号以产生信号(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-3)。
15.根据权利要求14所述的图像传感器,其中首先对VRST-1进行取样和保持,其次对VRST-2进行取样和保持,第三对VRST-3进行取样和保持,且第四对VSIG进行取样和保持。
16.根据权利要求1所述的图像传感器,其中给定像素传感器与抗高光溢出晶体管并联耦合。
17.根据权利要求1所述的图像传感器,其中两个或两个以上无源像素共享列总线,且每一者接收转移信号TX以产生两个或两个以上相应像素输出信号,所述像素输出信号在大致相同时间点处被施加到所述列总线。
18.一种操作图像传感器的方法,其包含:
在列线上产生复位信号;
积累所述复位信号;
在各自时间点处存储对应于所述积累复位信号的至少两个取样复位信号;
产生对应于所述至少两个取样复位信号中的两者之间的差的复位差分电压信号;
将无源像素传感器耦合到所述列线;
在所述列线上积累所述像素电压;以及
存储对应于所述积累像素电压的像素信号;以及
产生对应于所述像素信号与所述至少两个取样复位信号中的一者之间的差的像素差分电压信号。
19.根据权利要求18所述的方法,其进一步包含产生对应于所述像素差分电压信号与所述复位差分电压信号之间的差的像素输出电压信号。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述产生复位信号包含将所述列线设置为高电压电平。
21.根据权利要求20所述的方法,其中所述产生复位信号进一步包含将积分器电路的输入设置为高电压电平且将所述积分器电路的输出设置为低电压电平。
22.根据权利要求18所述的方法,其中所述耦合包含向转移栅极施加转移信号以经由所述转移栅极将像素传感器电荷耦合到所述列线。
23.根据权利要求18所述的方法,其中所述积累所述复位信号和积累所述像素电压的步骤去除kTC噪声。
24.根据权利要求18所述的方法,其中所述存储所述至少两个取样复位信号中的所述两者发生在间隔开时间TSMP的点处;且其中所述存储所述像素信号和所述至少两个取样复位信号中的所述一者发生在间隔开时间TSMP的点处。
25.根据权利要求18所述的方法,其中所述耦合无源像素传感器包含响应于大致同时向两个或两个以上无源像素传感器中的每一者施加转移信号TX而将所述两个或两个以上无源像素传感器耦合到所述列线。
26.一种操作图像传感器的方法,其包含:
在列线上产生复位信号;
积累所述复位信号;
在第一时间点处存储对应于所述积累复位信号的第一取样复位信号;
在第二时间点处存储对应于所述积累复位信号的第二取样复位信号;
产生对应于所述第一取样复位信号与所述第二取样复位信号之间的差的复位差分信号;
收集无源像素传感器处的传入电荷;
将所述无源像素传感器耦合到所述列线;
将对应于所述收集的传入电荷的像素信号积累到所述列线上;
存储所述像素信号;
产生对应于所述第二取样复位信号与所述像素信号之间的差的像素差分信号。
27.根据权利要求26所述的方法,其进一步包含产生对应于所述像素差分信号与所述复位差分信号之间的差的像素输出电压。
28.根据权利要求26所述的方法,其中产生复位信号包含将所述列线设置为高电压电平。
29.根据权利要求28所述的方法,其中产生复位信号进一步包含将积分器电路的输入设置为高电压信号电平,且将所述积分器电路的输出设置为低电压电平。
30.根据权利要求26所述的方法,其中所述耦合包含向转移栅极施加转移信号以经由所述转移栅极将所述收集的传入电荷耦合到所述列线。
31.根据权利要求26所述的方法,其中所述积累所述复位信号和积累所述像素信号的步骤去除kTC噪声。
32.根据权利要求26所述的方法,其中所述存储所述第二取样复位信号是在所述存储所述第一取样复位信号之后的时间点TSMP处。
33.根据权利要求32所述的方法,其中所述像素信号的存储是在所述存储所述第二复位信号之后的时间点TSMP处。
34.一种制作成像器的方法,其包含:
在集成电路芯片上形成像素阵列,所述像素阵列包含无源像素单元和读出电路;
在所述集成电路芯片上形成积分器电路和相关取样电路,所述相关取样电路用于对至少两个复位信号和像素电荷信号VSIG进行取样和保持以产生经调节的像素信号;以及
形成连接件以用于将模拟信号从所述像素阵列传输到所述积分器电路且从所述积分器电路传输到所述相关取样电路。
35.根据权利要求34所述的制作方法,其中所述形成积分器电路包含:
形成积分放大器,其具有耦合到所述相关取样电路的输出线;
形成积分电容器,其在一端上耦合到低电压电源且在另一端上耦合到高电压电源,并经由列线耦合到所述像素阵列的无源像素单元的选定像素传感器,所述积分电容器进一步并联耦合到所述积分放大器。
36.根据权利要求35所述的制作方法,其进一步包含形成:
第一复位开关,其耦合到所述列线且耦合到所述积分电容器以用于施加高电压;
以及第二复位开关,其耦合到所述积分电容器且耦合到所述积分放大器以用于施加低电压,所述高和低电压提供跨越所述积分电容器的复位电压,所述复位电压提供所述积分器电路处的输出,在至少两个时间间隔点处对所述输出进行取样以产生所述至少两个复位信号。
37.根据权利要求35所述的制作方法,其中形成所述相关取样电路进一步包含形成至少一个取样和保持电路以用于接收所述至少两个复位信号和所述像素电荷信号VSIG
38.根据权利要求37所述的制作方法,其中所述至少两个复位信号包含第一复位信号VRST-1、第二复位信号VRST-2和第三复位信号VRST-3
39.根据权利要求38所述的制作方法,其中形成所述至少一个取样和保持电路进一步包含:
形成差分放大器以用于接收对应于保持在所述至少一个取样和保持电容器上的电压的信号以产生信号(VRST-1-VRST-2)+(VSIG-VRST-3)。
40.根据权利要求35所述的制作方法,其进一步包含在所述集成电路芯片上形成:
模拟-数字转换电路,其用于对从所述相关取样电路接收的模拟输出信号进行数字化;
图像处理器,其用于处理从所述模拟-数字转换电路接收的信号;
输出电路,其用于输出从所述图像处理器接收的信号;以及
连接件,其用于将模拟信号从所述相关取样电路传输到所述模拟-数字转换电路,且从所述模拟-数字转换电路传输到所述图像处理器,且从所述图像处理器传输到所述输出电路。
41.一种操作图像传感器的方法,其包含:
复位从无源像素传感器接收输出信号的信号线;
在间隔时间点处对来自所述复位信号线的信号进行取样和保持,以产生至少两个经取样和保持的复位信号;
将像素输出信号从所述无源像素传感器耦合到所述信号线;
对所述像素输出信号进行取样和保持;以及
基于所述至少两个经取样和保持的复位信号与所述经取样和保持的像素输出信号的组合而产生相关输出信号。
42.一种图像传感器,其包含:
像素传感器阵列;
积分器电路,其用于接收由所述阵列中的一个或一个以上像素传感器收集的电荷,并用于接收复位电压,且用于产生相应的积分器电路输出信号;以及
相关取样电路,其用于分别对至少两个复位信号和对应于像素传感器的输出的像素输出信号VSIG进行取样和保持,且用于产生对应于以下各项的输出信号:(i)所述至少两个复位信号中的两者之间的差;以及(2)所述至少两个复位信号中的一者与所述像素输出信号之间的差。
43.一种操作图像传感器的方法,其包含:
在列线上产生复位信号;
积累所述复位信号;
在各自时间点处存储对应于所述积累复位信号的至少两个取样复位信号;
产生对应于所述至少两个取样复位信号中的两者之间的差的复位差分电压信号;
将像素电压转移到所述列线;以及
存储对应于所述转移像素电压的像素信号;以及
产生对应于所述像素信号与所述至少两个取样复位信号中的一者之间的差的像素差分电压信号。
44.一种制作成像器的方法,其包含:
在集成电路芯片上形成像素阵列,所述像素阵列包含像素单元和读出电路;
在所述集成电路芯片上形成积分器电路和相关取样电路,所述相关取样电路用于对至少两个复位信号和像素电荷信号VSIG进行取样和保持以产生经调节的像素信号;以及
形成连接件以用于将模拟信号从所述像素阵列传输到所述积分器电路且从所述积分器电路传输到所述相关取样电路。
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