图像传感器的制作方法

文档序号:24299335发布日期:2021-03-17 00:50阅读:74来源:国知局
相关申请的交叉引用本申请要求于2019年9月16日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0113643号韩国专利申请的优先权,其公开通过引用整体并入于本文。本文描述的公开的实施例涉及图像传感器,并且更具体地,涉及补偿像素耦合噪声和电源噪声的图像传感器。
背景技术
::互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor,cmos)图像传感器是使用互补金属氧化物半导体的固态拾取设备(或固态成像设备)。与具有高电压模拟电路的ccd图像传感器相比,cmos图像传感器的优点在于制造成本低并且元件尺寸小(即功耗小)。此外,随着cmos图像传感器的性能提高,cmos图像传感器被安装在家用电器以及诸如智能手机和数码相机的便携式设备上。如今,随着对cmos图像传感器需求的增加,正在开发用于提高cmos图像传感器生成的图像的质量的技术。特别地,因为在cmos图像传感器的操作中在cmos图像传感器的内部组件中出现的各种噪声降低了图像的质量,所以存在去除噪声的需求。特别地,需要用于补偿cmos图像传感器的像素耦合噪声和电源噪声的技术。技术实现要素:本公开的实施例提供了图像传感器以补偿像素耦合噪声和电源噪声。本文提供了示例性图像传感器,包括像素阵列,该像素阵列包括公共监控器输出线、配置为输出第一监控信号的第一监控像素、配置为输出第二监控信号的第二监控像素、以及配置为基于入射光输出检测信号的有源像素;合并(binning)电路,被配置为:通过公共监控器输出线接收第一监控信号和第二监控信号,对第一监控信号和第二监控信号进行合并,并基于合并的第一监控信号和第二监控信号生成第一平均监控信号;模数转换器(analog-to-digitalconverter,adc),被配置为:提取第一平均监控信号的交流(alternatingcurrent,ac)分量,并基于ac分量生成补偿信号;以及缓冲器块,被配置为基于补偿信号输出图像数据。本文还提供了另一示例性图像传感器,该另一图像传感器包括:像素阵列,该像素阵列包括:公共监控器输出线、配置为通过公共监控器输出线输出监控信号的多个监控像素、以及多个有源像素;合并电路,被配置为:通过公共监控器输出线接收监控信号,对监控信号进行合并,并基于合并的监控信号生成平均监控信号;模数转换器,包括:斜坡信号生成器、斜坡缓冲器、相关双采样(correlateddoublesampling,cds)电路和像素偏置电路,其中模数转换器被配置为:提取平均监控信号的交流(ac)分量,并且在控制电路的控制下,将ac分量提供给斜坡信号生成器、斜坡缓冲器、相关双采样电路和像素偏置电路中的至少一个;并且控制电路被配置为控制模数转换器。公开了又一示例性图像传感器,该又一图像传感器包括:有源像素,该有源像素被配置为:检测入射光,并基于检测到的入射光生成检测信号;配置为共享公共监控器输出线的多个监控像素;合并电路,被配置为:通过公共监控器输出线从多个监控像素接收监控信号,对监控信号进行合并,基于合并的监控信号生成平均监控信号;斜坡信号生成器,被配置为生成斜坡信号,其中,斜坡信号包括随时间线性变化的电平;斜坡缓冲器,被配置为基于斜坡信号生成参考信号;像素偏置电路,被配置为驱动有源像素以输出检测信号;相关双采样电路,被配置为:接收检测信号和参考信号,并基于参考信号,通过对检测信号执行相关双采样来生成补偿信号;以及偏置信号生成器,被配置为:向斜坡信号生成器提供第一偏置信号,向斜坡缓冲器提供第二偏置信号,并且向像素偏置电路提供第三偏置信号和第四偏置信号,其中,斜坡信号生成器、斜坡缓冲器和像素偏置电路中的至少一个被配置为:接收平均监控信号,并且对平均监控信号的交流(ac)分量进行采样。根据示例性实施例,还提供了图像传感器,其可以包括:像素阵列,该像素阵列包括公共监控器输出线、配置为输出第一监控信号的第一监控像素、配置为输出第二监控信号的第二监控像素、以及配置为基于入射光输出检测信号的有源像素,合并电路,其通过公共监控器输出线接收第一监控信号和第二监控信号,并通过对第一监控信号和第二监控信号执行合并来生成第一平均监控信号;以及模数转换器,其检测第一平均监控信号的交流(ac)分量,并将第一平均监控信号的采样ac分量与检测信号进行耦合。根据示例性实施例,图像传感器可以包括:像素阵列,其包括公共监控器输出线;多个监控像素,被配置为通过公共监控器输出线输出监控信号;以及多个有源像素;合并电路,其通过公共监控器输出线接收监控信号,并通过对监控信号执行合并来生成平均监控信号;模数转换器,其包括斜坡信号生成器、斜坡缓冲器、相关双采样电路和像素偏置电路,并且检测平均监控信号的交流(ac)分量;以及控制电路,其控制模数转换器,以便将平均监控信号的ac分量提供给斜坡信号生成器、斜坡缓冲器、相关双采样电路和像素偏置电路中的至少一个。根据示例性实施例,图像传感器可以包括:有源像素,其检测入射光并基于检测到的入射光生成检测信号、共享公共监控器输出线的多个监控像素;合并电路,其通过对通过公共监控器输出线从多个监控像素接收的监控信号执行合并来生成平均监控信号;斜坡信号生成器,其生成具有随时间线性变化的电平的斜坡信号;斜坡缓冲器,其基于斜坡信号生成参考信号;像素偏置电路,其驱动有源像素以输出检测信号;相关双采样电路,其接收输出检测信号和参考信号,并基于参考信号,通过对检测信号执行相关双采样来生成补偿信号;以及偏置信号生成器,其向斜坡信号生成器提供第一偏置信号,向斜坡缓冲器提供第二偏置信号,并向像素偏置电路提供第三偏置信号和第四偏置信号。斜坡信号生成器、斜坡缓冲器和像素偏置电路中的至少一个可以接收平均监控信号,并且可以对平均监控信号的ac分量进行采样。附图说明通过参考附图详细描述本公开的示例性实施例,本公开的上述和其他目的以及特征将变得显而易见。图1是示出根据本公开的实施例的图像传感器的框图。图2是示出图1的像素阵列的框图。图3是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。图4是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。图5是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。图6是示出图5的斜坡信号生成器的电路图。图7是示出图5的斜坡缓冲器的电路图。图8是示出图5的像素偏置电路的电路图。图9是示出图5的偏置信号生成器的电路图。图10是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。图11是示出根据实施例的图10的有源像素区域的有源像素的电路图。图12示出了时序图,该时序图示出了施加到图11的晶体管的信号和检测信号。图13是示出根据另一实施例的图10的有源像素区域的有源像素的电路图。图14示出了时序图,该时序图示出了施加到图13的晶体管的信号和检测信号。图15是示出应用根据本公开实施例的图像传感器的电子设备的框图。具体实施方式下面,将以本领域普通技术人员容易地实现本公开的程度详细且清楚地描述本公开的实施例。图1是示出根据本公开实施例的图像传感器的框图。图像传感器100可以包括像素阵列110、合并电路120和模数转换器(adc)130。像素阵列110可以包括有源像素区域111和监控像素区域112。有源像素区域111可以包括有源像素ap1。有源像素ap1可以检测入射光,并且可以基于入射光生成检测信号ds1。例如,有源像素ap1可以是各种像素中的一个,诸如通过使用飞行时间(timeofflight,tof)方式将红色光谱域中的光转换为电信号的红色像素、将绿色光谱域中的光转换为电信号的绿色像素、将蓝色光谱域中的光转换为电信号的蓝色像素以及将深度信息转换为电信号的深度像素。监控像素区域112可以包括监控像素mp1至mp3、公共监控器输出线cml、开关sw1至sw3,以选择性地将监控像素mp1至mp3分别连接至公共监控器输出线cml。监控像素mp1至mp3可以分别输出监控信号ms1至ms3。监控像素mp1至mp3中的每一个可以被称为被入射光阻挡的“暗像素(或去除了光电二极管的暗像素)”。当开关sw1至sw3将监控像素mp1至mp3电连接到公共监控器输出线cml时,监控像素mp1至mp3可以分别通过公共监控器输出线cml输出监控信号ms1至ms3。例如,开关sw1至sw3可以用晶体管、二极管等实现。有源像素ap1和监控像素mp1至mp3在像素阵列110中可以以包括行和列的矩阵的形式布置,这将在图2中描述。从监控像素mp1至mp3输出的监控信号ms1至ms3可以包括像素阵列110中包括的像素间的耦合噪声和电源噪声(或接地噪声)。像素间的耦合噪声可以包括固定水平模式的噪声(例如,水平带噪声(horizontalbandnoise,hbn)),这是由于相邻像素间的耦合而出现的。电源噪声(或接地噪声)可以指电源电压(例如,vdd和vss)中包括的噪声。合并电路120可以通过公共监控器输出线cml接收监控信号ms1至ms3。合并电路120可以对监控信号ms1至ms3执行合并。该合并可以包括将监控信号ms1至ms3中的至少两个(例如,对应于监控信号ms1至ms3中的至少两个的电流或电荷)相加、求和或累加。合并电路120可以从合并的监控信号ms1至ms3生成平均监控信号bms。平均监控信号bms的电平可以与监控信号ms1至ms3的电平的平均电平相同。adc130可以接收检测信号ds1。adc130可以从合并电路120接收平均监控信号bms。adc130可以检测或提取平均监控信号bms的交流(ac)分量。下面将参照图5至图8详细描述adc130的结构和操作。adc130可以对平均监控信号bms的ac分量进行采样。对平均监控信号bms的ac分量进行采样的操作可以包括去除平均监控信号bms的dc分量的操作。adc130可以将检测信号ds1与平均监控信号bms的采样的ac分量进行耦合。在一个实施例中,adc130可以基于平均监控信号bms的ac分量来执行模数转换。例如,检测信号ds1与平均监控信号bms的采样的ac分量的耦合可以包括将检测信号ds1与平均监控信号bms的采样的ac分量相加,将平均监控信号bms的采样的ac分量的相位偏移(例如,多达180度)以然后将相移的ac分量与检测信号ds1相加,将参考信号(例如,稍后将描述的图5的ref)耦合(或相加)以与adc130中的检测信号ds1和平均监控信号bms的采样的ac分量进行比较,将斜坡信号(例如,稍后将描述的图5的rmp)耦合(或相加)以用于生成参考信号和平均监控信号bms的采样的ac分量,以及将偏置信号(例如,稍后将描述的图5的vb1至vb4)耦合(或相加)以被提供给adc130和平均监控信号bms的采样的ac分量。这样,adc130可以补偿检测信号ds1中包括的像素间的耦合噪声和电源噪声(或接地噪声)。图2是示出图1的像素阵列的框图。将参考图1描述图2。像素阵列110a可以包括有源像素区域111a和监控像素区域112a。有源像素区域111a可以包括有源像素apcx、apcy、apdx和apdy。监控像素区域112a可以包括监控像素mpax、mpay、mpaz、mpbx、mpby、mpbz、mpcz和mpdz。有源像素apcx、apcy、apdx和apdy以及监控像素mpax、mpay、mpaz、mpbx、mpby、mpbz、mpcz和mpdz在像素阵列110a中可以以包括行“a”至“d”和列“x”至“z”的矩阵的形式布置。可以以行“a”至“d”的顺序,顺序地选择有源像素apcx、apcy、apdx和apdy,以读出检测信号,以及可以以列“x”至“z”的顺序,顺序地读出有源像素apcx、apcy、apdx和apdy的检测信号。因此,可以同时选择属于同一行的有源像素apcx和apcy,或者apdx和apdy。例如,可以同时选择属于行“c”的有源像素apcx和apcy。此外,可以同时选择属于行“c”的监控像素mpcz。这将参考图3详细描述。图3是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。将参考图1和图2一起描述图3。图像传感器200可以包括像素阵列210、合并电路220和adc230。像素阵列210可以包括有源像素区域211、监控像素区域212以及行线rlc和rld。有源像素区域211可以包括图2的有源像素apcy和apdy。监控像素区域212可以包括图2的监控像素mpcz、公共监控器输出线cml、以及选择性地将监控像素mpcz连接到公共监控器输出线cml的开关sw4。行线rlc可以连接到属于行“c”的有源像素apcy和监控像素mpcz。行线rld可以连接到属于行“d”的有源像素apdy。合并电路220和adc230可以与图1的合并电路120和adc130相同。可以以行“c”和“d”的顺序,顺序地选择有源像素apcy和apdy,并且所选择的有源像素apcy和apdy可以向adc230输出检测信号ds2和ds3。为了补偿从有源像素apdy输出的检测信号ds3的噪声,开关sw4可以将监控像素mpcz电连接到公共监控器输出线cml,并且合并电路220可以通过公共监控器输出线cml接收从监控像素mpcz输出的监控信号ms4。合并电路220可以基于监控信号ms4生成平均监控信号bms,并且为了补偿检测信号ds3的噪声的目的,adc230可以使用平均监控信号bms。然而,在为了输出监控信号ms4的目的而选择监控像素mpcz的情况下,也可以选择连接到与监控像素mpcz相同的行线rlc的有源像素apcy。因此,当监控像素mpcz输出监控信号ms4时,所选择的有源像素apcy可以输出检测信号ds2。这样,在为了补偿一个有源像素apdy的检测信号ds3的噪声的目的而使用来自连接到与另一有源像素apcy相同的行线rlc的监控像素mpcz的监控信号ms4的情况下,adc230可以接收有源像素apcy的检测信号ds2和有源像素apdy的检测信号ds3。图4是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。将参考图1至图3描述图4。图像传感器300可以包括像素阵列310、合并电路320和adc330。像素阵列310可以包括有源像素区域311、监控像素区域312以及行线rla、rlb和rlc。有源像素区域311可以包括图2的有源像素apcy。监控像素区域312可以包括图2的监控像素mpay、mpbx和mpbz、公共监控器输出线cml以及用于选择性地将监控像素mpay、mpbx和mpbz分别连接到公共监控器输出线cml的开关sw5至sw7。行线rla可以连接到属于行“a”的监控像素mpay。行线rlb可以连接到属于行“b”的监控像素mpbx和mpbz。行线rlc可以连接到属于行“c”的有源像素apcy。合并电路320和adc330可以与图1的合并电路120和adc130相同。因为监控像素mpay、mpbx和mpbz连接到与连接到有源像素apcy的行线rlc不同的行线rla和rlb,所以即使选择了监控像素mpay、mpbx和mpbz,也可以不选择有源像素apcy。监控像素mpay、mpbx和mpbz可以分别通过开关sw5、sw6和sw7电连接到公共监控器输出线cml。开关sw5、sw6和sw7可以选择性地将监控像素mpay、mpbx和mpbz分别连接到公共监控器输出线cml。开关sw5至sw7可以由控制器(例如,稍后将描述的图10的控制电路550)控制。开关sw5至sw7基本上与图1的开关sw1至sw3相同。在有源像素apcy输出检测信号ds4的情况下,像素阵列310中的像素间的耦合噪声和电源(或接地)噪声可能出现。为了补偿噪声,监控像素mpay、mpbx和mpbz可以通过公共监控器输出线cml输出监控信号ms5至ms7。为了补偿相同时间的噪声,有源像素apcz以及监控像素mpbx、mpay和mpbz可以同时输出检测信号ds4和监控信号ms5至ms7。因为开关sw5至sw7选择性地将监控像素mpay、mpbx和mpbz分别连接到公共监控器输出线cml,所以合并电路320可以选择性地从监控像素mpay、mpbx和mpbz接收监控信号ms5至ms7。例如,在开关sw5和sw6将监控像素mpay和mpbx电连接到公共监控器输出线cml并且开关sw7不将监控像素mpbz电连接到公共监控器输出线cml的情况下,合并电路320可以接收监控信号ms5和ms6,并且可以对监控信号ms5和ms6执行合并以输出平均监控信号bms。电路元件间的耦合在本文可以被描述为具有相同含义的“电连接”或“连接”。adc330可以对平均监控信号bms的ac分量进行采样,并且可以将平均监控信号bms的采样的ac分量与检测信号ds4进行耦合。图5是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。图像传感器400可以包括有源像素410、多个监控像素420a至420f(统称为“420”)、合并电路430、adc440和偏置信号生成器450。adc440可以包括斜坡信号生成器441、斜坡缓冲器442、像素偏置电路443和相关双采样(correlateddoublesampling,cds)电路444。斜坡信号生成器441可以生成具有随时间线性变化的电平的斜坡信号rmp。斜坡缓冲器442可以基于斜坡信号rmp输出参考信号ref。像素偏置电路443可以驱动有源像素410,使得检测信号ds输出到cds电路444。cds电路444可以从斜坡缓冲器442接收参考信号ref,并且可以从有源像素410(或者像素偏置电路443)接收检测信号ds。偏置信号生成器450可以生成偏置信号vb1至vb4。例如,偏置信号vb1至vb4可以是包括电压、电流等的各种模拟信号中的一个。斜坡信号生成器441、斜坡缓冲器442和像素偏置电路443中的至少一个可以从合并电路430接收平均监控信号bms,并且可以对平均监控信号bms的ac分量进行采样。图6是示出图5的斜坡信号生成器的电路图。斜坡信号生成器441可以包括采样开关sw8、采样电容器cs1、比较器comp、晶体管m1和m2、电阻器r1和r2以及电流源io1。比较器comp的反相输入端子可以通过采样开关sw8接收偏置信号vb1。比较器comp的反相输入端子可以通过采样电容器cs1接收平均监控信号bms。可以对通过对采样电容器cs1接收的平均监控信号bms的ac分量进行采样。例如,比较器comp的反相输入端子可以通过采样开关sw8接收偏置信号vb1,并且然后可以通过采样电容器cs1接收平均监控信号bms。对于另一示例,比较器comp的反相输入端子可以通过采样电容器cs1接收平均监控信号bms,并且然后可以通过采样开关sw8接收偏置信号vb1。在每个示例中,可以控制采样开关sw8选择性地接收偏置信号vb1(例如,通过图10的控制电路550)。采样开关sw8可以用晶体管、二极管等来实现。电阻器r1的第一端可以连接到比较器comp的非反相(non-inverting)输入端子和晶体管m1的第一端子(例如,漏极)。电阻器r1的第二端可以连接到电源电压vss。晶体管m1的第二端子(例如,栅极)可以连接到比较器comp的输出端子。晶体管m1的第三端子(例如,源极)可以连接到电源电压vdd。取决于比较器comp的输出电压确定的电流可以流过晶体管m1和电阻器r1,并且输入到比较器comp的非反相输入端子的电压可以由流过电阻器r1的电流确定。晶体管m2的第一端子(例如,栅极)可以连接到比较器comp的输出端子。晶体管m2的第二端子(例如,源极)可以连接到电源电压vdd。晶体管m2的第三端子(例如,漏极)可以连接到电阻器r2的第一端。电阻器r2的第二端可以连接到电源电压vss。电流源io1可以连接在电源电压vdd和电阻器r2的第一端之间。由电流源io1生成的电流和流过晶体管m2的电流可以流过电阻器r2,并且斜坡信号rmp的电平可以由流过电阻器r2的电流确定。流过晶体管m2的电流的电平可以取决于比较器comp的输出电压来确定。用比较器comp、晶体管m1和m2以及电阻器r1实现的结构可以被称为“电流调节器(currentregulator,cr)”。输入到比较器comp的反相输入端子的平均监控信号bms的采样的ac分量可以被反映到斜坡信号rmp。通过使用包括为cds电路444(参考图5)中的检测信号ds的相关双采样而采样的ac分量的斜坡信号rmp,补偿检测信号ds中包括的像素间的耦合噪声和电源噪声(或接地噪声)是可能的。图7是示出图5的斜坡缓冲器的电路图。斜坡缓冲器442可以包括采样开关sw9、采样电容器cs2和晶体管m3至m6。晶体管m3的第一端子(例如,栅极)可以通过采样开关sw9接收偏置信号vb2。晶体管m3的第一端子(例如,栅极)还可以通过采样电容器cs2接收平均监控信号bms。可以对通过采样电容器cs2接收的平均监控信号bms的ac分量进行采样。例如,晶体管m3的第一端子(例如,栅极)可以通过采样开关sw9接收偏置信号vb2,并且然后可以通过采样电容器cs2接收平均监控信号bms。对于另一示例,晶体管m3的第一端子(例如,栅极)可以通过采样电容器cs2接收平均监控信号bms,并且然后可以通过采样开关sw9接收偏置信号vb2。在每个示例中,可以控制采样开关sw9选择性地接收偏置信号vb2(例如,通过图10的控制电路550)。采样开关sw9可以用晶体管、二极管等来实现。晶体管m3的第二端子(例如,源极)可以连接到电源电压vss。晶体管m3的第三端子(例如,漏极)可以连接到晶体管m4的第一端子(例如,漏极)。晶体管m4的第二端子(例如,源极)可以连接到电源电压vdd。晶体管m4的第三端子(例如,栅极)可以连接到晶体管m4的第一端子(例如,漏极)和晶体管m6的第一端子(例如,栅极)。晶体管m6的第二端子(例如,源极)可以连接到电源电压vdd。晶体管m6的第三端子(例如,漏极)可以连接到晶体管m5的第一端子(例如,源极)。晶体管m5的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收斜坡信号rmp。晶体管m5的第三端子(例如,漏极)可以连接到电源电压vss。流过晶体管m3和m4的电流的电平可以取决于输入到晶体管m3的第一端子(例如,栅极)的信号的电平来确定,并且参考信号ref的电平可以由流过晶体管m3和m4的电流以及输入到晶体管m5的第二端子(例如,栅极)的信号的电平来确定。用晶体管m4和m6实现的结构可以被称为“电流镜(currentmirror,cm)”。输入到晶体管m3的第一端子(例如,栅极)的平均监控信号bms的采样的ac分量可以被反映到参考信号ref。通过对包括cds电路444(参考图5)中的检测信号ds和采样的ac分量的参考信号ref进行相关双采样,补偿检测信号ds中包括的像素间的耦合噪声和电源噪声(或接地噪声)是可能的。图8是示出图5的像素偏置电路的电路图。像素偏置电路443可以包括采样开关sw10和sw11、采样电容器cs3和cs4以及晶体管m7和m8。晶体管m7的第一端子(例如,栅极)可以通过采样开关sw10接收偏置信号vb3。晶体管m7的第一端子(例如,栅极)也可以通过采样电容器cs3接收平均监控信号bms。可以对通过采样电容器cs3接收的平均监控信号bms的ac分量进行采样。例如,晶体管m7的第一端子(例如,栅极)可以通过采样开关sw10接收偏置信号vb3,并且然后可以通过采样电容器cs3接收平均监控信号bms。如本文使用的,“采样”可以指示“获得”或“提供”。对于另一示例,晶体管m7的第一端子(例如,栅极)可以通过采样电容器cs3接收平均监控信号bms,并且然后可以通过采样开关sw10接收偏置信号vb3。在每个示例中,可以控制采样开关sw10选择性地接收偏置信号vb3(例如,通过图10的控制电路550)。晶体管m8的第一端子(例如,栅极)可以通过采样开关sw11接收偏置信号vb4。晶体管m8的第一端子(例如,栅极)可以通过采样电容器cs4连接到电源电压vss。可以对通过采样电容器cs4连接的电源电压vss的ac分量进行采样。采样开关sw11的操作可以类似于采样开关sw10的操作。采样开关sw10和sw11中的每一个可以用晶体管、二极管等来实现。通过使用输入到晶体管m7的第一端子(例如,栅极)的平均监控信号bms的ac分量和晶体管m8的电源电压vss的ac分量,补偿检测信号ds中包括的像素间的耦合噪声和电源噪声(或接地噪声)是可能的。图9是示出图5的偏置信号生成器的电路图。偏置信号生成器450可以包括电流源io2和晶体管m9。电流源io2可以连接在电源电压vdd和晶体管m9的第一端子(例如,漏极)之间。晶体管m9的第一端子(例如,漏极)可以连接到晶体管m9的第二端子(例如,栅极)。晶体管m9的第三端子(例如,源极)可以连接到电源电压vss。偏置信号vb1至vb4中的至少一个可以通过晶体管m9的第二端子(例如,栅极)输出。在偏置信号vb1至vb4通过晶体管m9的第二端子(例如,栅极)输出的情况下,通过晶体管m9的第二端子(例如,栅极)输出的偏置信号vb1至vb4中的至少一个可以取决于从电流源io2输出的电流的电平来确定。然而,偏置信号生成器450的原理不限于图9所示的示例。与图9示出的示例不同,偏置信号生成器450还可以包括具有与图9的电路相同的配置的至少一个电路。偏置信号生成器450可以分别通过多个电路生成偏置信号vb1至vb4。图10是示出根据本公开的另一实施例的图像传感器的框图。将参考图1至图9描述图10。图像传感器500可以包括像素阵列510、合并电路520、adc块530、缓冲器块540和控制电路550。像素阵列510可以包括有源像素区域511和监控像素区域512。有源像素区域511可以包括多个有源像素ap2和ap3。监控像素区域512可以包括多个监控像素mp和公共监控器输出线cml。多个监控像素mp可以共享公共监控器输出线cml。取决于参考图1描述的原理,多个监控像素mp可以选择性地连接到公共监控器输出线cml。合并电路520可以包括电流源io3。电流源io3可以连接在公共监控器输出线cml和电源电压vss之间。电流源io3可以通过公共监控器输出线cml连接到多个监控像素mp。也就是说,多个监控像素mp可以共享电流源io3。adc块530可以连接到多个有源像素ap。adc块530可以以列为单位连接到多个有源像素ap。adc块530可以包括图1的adc130、图2的adc230、图4的adc330和图5的adc440。adc块530可以将从有源像素ap2和ap3接收的检测信号ds转换为补偿信号cmp。例如,补偿信号cmp可以是数字信号。缓冲器块540可以从adc块530接收补偿信号cmp。缓冲器块540可以基于补偿信号生成图像数据idata。控制电路550可以包括行驱动器551、偏置信号生成器552和时序控制器553。行驱动器551可以通过连接到像素阵列510中的有源像素ap2和ap3以及监控像素mp的行线来提供复位信号rg、存储信号sg、传输信号tg和选择信号sel。行驱动器551可以通过复位信号rg复位有源像素ap2和ap3。行驱动器551可以通过选择信号sel以行为单位读取、访问或选择有源像素ap2和ap3。将参考图11至图14更全面地描述存储信号sg和传输信号tg。偏置信号生成器552可以取决于与图5的偏置信号生成器450相同的原理操作。时序控制器553可以控制行驱动器551、偏置信号生成器552、adc块530和缓冲器块540的操作时序。操作时序可以包括各种时序,诸如信号输入/输出(input/output,i/o)时序、选择时序和复位时序。在时序控制器553的控制下,有源像素ap2和ap3以及监控像素mp可以同时输出检测信号ds和监控信号ms。图11是示出根据实施例的图10的有源像素区域的有源像素的电路图。有源像素区域511a可以包括有源像素ap2a和ap3a以及列线cla。有源像素ap2a和ap3a可以分别通过列线cla输出检测信号ds5和ds6。有源像素ap2a和ap3a可以是取决于滚动快门(rollingshutter)方式操作的各种像素之一。在图11中示出了示例性4-t结构的有源像素ap2a和ap3a,有源像素ap2a和ap3a取决于滚动快门方式操作,但是本公开不限于图11。有源像素ap2a可以包括光电二极管psd1、复位晶体管rx1、传输晶体管tx1、源极跟随器晶体管sfx1、选择晶体管slx1和电流源io4。光电二极管psd1可以响应从外部接收的入射光生成、整合(integrate)和输出电荷。由光电二极管psd1生成的电荷量可以与入射光的强度成比例。光电二极管psd1是示例,并且光电二极管psd1可以用用于将入射光转换为电信号的各种组件(例如,光电晶体管和光电门)中的一个或者它们的组合来代替。光电二极管psd1的第一端子可以连接到电源电压vss。传输晶体管tx1的第一端子(例如,漏极)可以连接到光电二极管psd1的第二端子。传输晶体管tx1的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收传输信号tg1。传输晶体管tx1的第三端子(例如,源极)可以连接到浮动扩散(floatingdiffusion,fd)节点fd1。传输晶体管tx1可以基于传输信号tg1电连接光电二极管psd1和fd节点fd1。传输晶体管tx1可以由传输信号tg1导通或截止。传输晶体管tx1可以将由光电二极管psd1生成的电荷(或电子)传输到fd节点fd1。虽然在图11中未示出,但是有源像素ap2a还可以包括连接到fd节点fd1的无源元件(例如,电容器)。通过传输晶体管tx1传输到fd节点fd1的电荷量“q”可以由连接到fd节点fd1的电容器的电容cfd转换为电信号(例如,电压差dv)(dv=q/cfd)。与从光电二极管psd1提供的电信号相对应的电荷可以累积或存储在fd节点fd1。复位晶体管rx1的第一端子(例如,漏极)可以连接到电源电压vdd。复位晶体管rx1的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收复位信号rg1。复位晶体管rx1的第三端子(例如,源极)可以连接到fd节点fd1。复位晶体管rx1可以基于复位信号rg1将fd节点fd1复位到电源电压vdd。复位晶体管rx1可以释放存储在节点fd1的电荷。复位晶体管rx1可以由复位信号rg1导通或截止。此外,当复位晶体管rx1导通并且传输晶体管tx1导通时,光电二极管psd1的电荷可以被释放,并且因此,光电二极管psd1可以被复位。源极跟随器晶体管sfx1的第一端子(例如,漏极)可以连接到电源电压vdd。源极跟随器晶体管sfx1的第二端子(例如,栅极)可以连接到fd节点fd1。源极跟随器晶体管sfx1的第三端子(例如,源极)可以连接到选择晶体管slx1的第一端子(例如,漏极)。源极跟随器晶体管sfx1可以生成与从fd节点fd1输入到源极跟随器晶体管sfx1的第二端子(例如,栅极)的电荷量成比例的信号(例如,电流或电压)。源极跟随器晶体管sfx1可以基于fd节点fd1的电压,通过选择晶体管slx1输出检测信号ds5。选择晶体管slx1的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收选择信号sel1。选择晶体管slx1的第三端子(例如,源极)可以连接到电流源io4的第一端子和列线cla。选择晶体管slx1可以基于选择信号sel1选择有源像素ap2a。选择晶体管slx1可以由选择信号sel1导通或截止。在导通状态下,选择晶体管slx1可以将通过源极跟随器晶体管sfx1接收的检测信号ds5输出到列线cla。电流源io4可以限制流过源极跟随器晶体管sfx1和选择晶体管slx1的电流的电平。电流源io4的第二端子可以连接到电源电压vss。有源像素ap3a可以包括光电二极管psd2、复位晶体管rx2、传输晶体管tx2、源极跟随器晶体管sfx2、选择晶体管slx2和电流源io5。参考有源像素ap2a的上述描述,有源像素ap3a可以具有与有源像素ap2a相同的结构,并且有源像素ap3a的组件psd2、rx2、tx2、sfx2、slx2和io5可以执行与有源像素ap2a的组件psd1、rx1、tx1、sfx1、slx1和io4基本相同的功能。将参考图12更全面地描述有源像素ap2a和ap3a取决于施加到晶体管rx1、tx1、sfx1、slx1、rx2、tx2、sfx2和slx2的信号rg1、tg1、sel1、rg2、tg2和sel2来操作的原理。上述晶体管rx1、tx1、sfx1、slx1、rx2、tx2、sfx2和slx2的名称、结构和数量仅是示例。图12示出了时序图,该时序图示出了施加到图11的晶体管的信号和检测信号。在图12中,假设当信号rg1、sel1、tg1、rg2、sel2和tg2的电平对应于逻辑高(或逻辑“1”)时,信号rg1、sel1、tg1、rg2、sel2和tg2被激活。也就是说,假设当信号rg1、sel1、tg1、rg2、sel2和tg2被激活到逻辑高时,晶体管rx1、tx1、sfx1、slx1、rx2、tx2、sfx2和slx2导通。此外,假设当信号rg1、sel1、tg1、tg1、rg2、sel2和tg2的电平对应于逻辑低(或逻辑“0”)时,信号rg1、sel1、tg1、rg2、sel2和tg2被去激活。也就是说,假设当信号rg1、sel1、tg1、rg2、sel2和tg2被去激活为逻辑低时,晶体管rx1、tx1、sfx1、slx1、rx2、tx2、sfx2和slx2截止。上述信号的电平仅是示例。在时间t11之前,有源像素ap2a的fd节点fd1可以被复位。在时间t11,当复位信号rg1被去激活时,复位晶体管rx1可以截止,以及当选择信号sel1被激活时,选择晶体管slx1可以导通(即,有源像素ap2a被选择)。在图12中示出了示例,复位信号rg1的激活到非激活(active-to-inactive)切换时间t11与选择信号sel1的非激活到激活(inactive-to-active)切换时间t11相同,但是它们可以不同。在时间t12,当传输信号tg1被激活时,传输晶体管tx1可以导通,并且传输晶体管tx1可以将由光电二极管psd1响应于第一入射光而生成的电荷传输到fd节点fd1。在时间间隔t12至t13中,通过输入到源极跟随器晶体管sfx1的第二端子(例如,栅极)的fd节点fd1的电荷,从选择晶体管slx1输出的检测信号ds5的电平可以从电平v1变为电平v2(例如,在v1>v2的情况下降低)。在时间t14之后,有源像素ap2a的fd节点fd1可以被复位。在时间t14,当复位信号rg1被激活时,复位晶体管rx1可以导通,并且当选择信号sel1被去激活时,选择晶体管slx1可以截止(即,有源像素ap2a未被选择)。在图12中示出了示例,复位信号rg1的非激活到激活切换时间t14与选择信号sel1的激活到非激活切换时间t14相同,但是它们可以不同。在时间t15之前(包括选择有源像素ap2a的时间间隔t11至t14),有源像素ap3a的fd节点fd2可以被复位。在时间t15,当复位信号rg2被去激活时,复位晶体管rx2可以截止,并且当选择信号sel2被激活时,选择晶体管slx2可以导通(即,有源像素ap3a被选择)。在图12中示出了示例,复位信号rg2的激活到非激活切换时间t15与选择信号sel2的非激活到激活切换时间t15相同,但是它们可以不同。在时间t16,当传输信号tg2被激活时,传输晶体管tx2可以导通,并且传输晶体管tx2可以将由光电二极管psd2响应于第二入射光而生成的电荷传输到fd节点fd2。在时间间隔t16至t17中,通过输入到源极跟随器晶体管sfx2的第二端子(例如,栅极)的fd节点fd2的电荷,从选择晶体管slx2输出的检测信号ds6的电平可以从电平v3变为电平v4(例如,在v3>v4的情况下降低)。在时间t18之后,有源像素ap3a的fd节点fd2可以被复位。在时间t18,当复位信号rg2被激活时,复位晶体管rx2可以导通,并且当选择信号sel2被去激活时,选择晶体管slx2可以截止(即,有源像素ap3a未被选择)。在图12中示出了示例,复位信号rg2的非激活到激活切换时间t18与选择信号sel2的激活到非激活切换时间t18相同,但是它们可以不同。参考图11和图12,在有源像素ap2a的传输晶体管tx1将由有源像素ap2a的光电二极管psd1生成的电荷传输到fd节点fd1之后,有源像素ap3a的传输晶体管tx2可以将由有源像素ap3a的光电二极管psd2生成的电荷传输到fd节点fd2。图13是示出根据另一实施例的图10的有源像素区域的有源像素的电路图。有源像素区域511b可以包括有源像素ap2b和ap3b以及列线clb。有源像素ap2b和ap3b可以分别通过列线clb输出检测信号ds7和ds8。有源像素ap2b和ap3b可以是取决于全局快门(globalshutter)方式操作的各种像素之一。在图13中示出了示例性5-t结构的有源像素ap2b和ap3b,有源像素ap2b和ap3b取决于全局快门方式操作,但是本公开不限于图13。有源像素ap2b可以包括光电二极管psd3、复位晶体管rx3、存储晶体管sx3、传输晶体管tx3、源极跟随器晶体管sfx3、选择晶体管slx3和电流源io6。将重点描述图13的电路图和图11的电路图之间的差异。详细地,在图11的电路图中,传输晶体管tx1/tx2存在于光电二极管pds1/psd2和fd节点fd1/fd2之间;相反,在图13的电路图中,存储晶体管sx3/sx4、存储电容器cstr3/cstr4、s节点s3/s4以及传输晶体管tx3/tx4存在于光电二极管psd3/psd4和fd节点fd3/fd4之间。图13的光电二极管psd3和psd4基本上与图11的光电二极管psd1和psd2相同。在有源像素ap2b中,存储晶体管sx3的第一端子(例如,漏极)可以连接到光电二极管psd3。存储晶体管sx3的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收存储信号sg3。存储晶体管sx3的第三端子(例如,源极)可以连接到存储电容器cstr3的第一端子(即,s节点s3)。存储晶体管sx3可以基于存储信号sg3电连接光电二极管psd3和存储电容器cstr3。存储晶体管sx3可以由存储信号sg3导通或截止。存储晶体管sx3可以将由光电二极管psd3生成的电荷(或电子)传输到s节点s3或存储电容器cstr3。存储晶体管sx3的存储电容器cstr3可以存储由光电二极管psd3生成的电荷(或电子)。存储电容器cstr3的第二端子可以连接到电源电压vss。存储电容器cstr3可以用能够存储电荷(或电子)的各种有源或无源元件代替。传输晶体管tx3的第三端子(例如,源极)可以连接到存储电容器cstr3的第一端子(即,s节点s3)。传输晶体管tx3的第二端子(例如,栅极)可以被连接以接收传输信号tg3。传输晶体管tx3的第三端子(例如,源极)可以连接到fd节点fd3。传输晶体管tx1可以基于传输信号tg3电连接存储电容器cstr3和fd节点fd3。基于信号tg3、rg3和sel3由传输晶体管tx3、fd节点fd3、复位晶体管rx3、源极跟随器晶体管sfx3和选择晶体管slx3输出检测信号ds7的过程可以与基于信号tg1、rg1和sel1由传输晶体管tx1、fd节点fd1、复位晶体管rx1、源极跟随器晶体管sfx1和选择晶体管slx1输出检测信号ds5的过程基本相同,这参考图11进行了描述。有源像素ap3b可以包括光电二极管psd4、复位晶体管rx4、存储晶体管sx4、传输晶体管tx4、源极跟随器晶体管sfx4、选择晶体管slx4和电流源io7。有源像素ap3b可以具有与有源像素ap2b基本相同的结构,并且有源像素ap3b的组件psd4、rx4、sx4、cstr4、tx4、sfx4、slx4和io7可以执行与有源像素ap2b的组件psd3、rx3、sx3、cstr3、tx3、sfx3、slx3和io6基本相同的功能。将参考图14更全面地描述有源像素ap2b和ap3b取决于施加到晶体管rx3、sx3、tx3、sf3、slx3、rx4、sx4、sfx4和slx4的信号rg3、sg3、tg3、sel3、rg4、sg4、tg4和sel4来操作的原理。上述晶体管rx3、sx3、tx3、sfx3、slx3、rx4、sx4、tx4、sfx4和slx4的名称、结构和数量仅是示例。图14示出了时序图,该时序图示出了施加到图13的晶体管的信号和检测信号。在图14中,假设当信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4的电平对应于逻辑高(或逻辑“1”)时,信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4被激活。也就是说,假设当信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4被激活为逻辑高时,晶体管rx3、sx3、tx3、sfx3、slx3、rx4、sx3、tx4、sfx4和slx4导通。此外,假设当信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4的电平对应于逻辑低(或逻辑“0”)时,信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4被去激活。也就是说,假设当信号rg3、sel3、sg3、tg3、rg4、sel4、sg4和tg4被激活为逻辑低时,晶体管rx3、sx3、tx3、sfx3、slx3、rx4、sx3、tx4、sfx4和slx4截止。上述信号的电平仅是示例。在时间间隔t21至t22中,当存储信号sg3和sg4被激活时,存储晶体管sx3和sx4可以导通,并且存储晶体管sx3和sx4可以将由光电二极管psd3和psd4响应于第一入射光和第二入射光而生成的电荷传输到s节点s3和s4或者存储电容器cstr3和cstr4。存储电容器cstr3和cstr4可以分别存储通过存储晶体管sx3和sx4传输的电荷。例如,有源像素ap2b的存储晶体管sx3将由有源像素ap2b的光电二极管psd3生成的电荷传输到s节点s3的时间可以与有源像素ap3b的存储晶体管sx4将由有源像素ap3b的光电二极管psd4生成的电荷传输到s节点s4的时间相同。在时间t23之前,有源像素ap2b的fd节点fd3可以被复位。在时间t23,当复位信号rg3被去激活时,复位晶体管rx3可以截止,并且当选择信号sel3被激活时,选择晶体管slx3可以导通(即,有源像素ap2b被选择)。在图14中示出了示例,复位信号rg3的激活到非激活切换时间t23与选择信号sel2的非激活到激活切换时间t23相同,但是它们可以不同。在时间t24,当传输信号tg3被激活时,传输晶体管tx3可以导通,并且传输晶体管tx3可以将存储在存储电容器cstr3中的电荷传输到fd节点fd3。在时间间隔t24至t25中,通过输入到源极跟随器晶体管sfx3的第二端子(例如,栅极)的fd节点fd3的电荷,从选择晶体管slx3输出的检测信号ds7的电平可以从电平v5变为电平v6(例如,在v5>v6的情况下降低)。在时间t26之后,有源像素ap2b的fd节点fd3可以被复位。在时间t26,当复位信号rg3被激活时,复位晶体管rx3可以导通,并且当选择信号sel3被去激活时,选择晶体管slx3可以被截止(即,有源像素ap2b未被选择)。在图14中示出了示例,复位信号rg3的非激活到激活切换时间t26与选择信号sel3的激活到非激活切换时间t26相同,但是它们可以不同。在时间t27之前(包括选择有源像素ap2b的时间间隔t23至t26),有源像素ap3b的fd节点fd4可以被复位。在时间t27,当复位信号rg4被去激活时,复位晶体管rx4可以截止,并且当选择信号sel4被激活时,选择晶体管slx4可以导通(即,有源像素ap3b被选择)。在图14中示出了示例,复位信号rg4的激活到非激活切换时间t27与选择信号sel4的非激活到激活切换时间t27相同,但是它们可以不同。在时间t28,当传输信号tg4被激活时,传输晶体管tx4可以导通,并且传输晶体管tx4可以将由光电二极管psd4响应于第二入射光而生成的电荷传输到fd节点fd4。在时间间隔t28至t29中,通过输入到源极跟随器晶体管sfx4的第二端子(例如,栅极)的fd节点fd4的电荷,从选择晶体管slx4输出的检测信号ds8的电平可以从电平v7变为电平v8(例如,在v7>v8的情况下降低)。在时间t30之后,有源像素ap3b的fd节点fd4可以被复位。在时间t30,当复位信号rg4被激活时,复位晶体管rx4可以导通,并且当选择信号sel4被去激活时,选择晶体管slx4可以截止(即,有源像素ap3b未被选择)。在图14中示出了示例,复位信号rg4的非激活到激活切换时间t30与选择信号sel4的激活到非激活切换时间t30相同,但是它们可以不同。图15是示出应用根据本公开实施例的图像传感器的电子设备的框图。电子设备1000可以用能够使用或支持由移动工业处理器接口(mobileindustryprocessorinterface,mipi)联盟提出的接口协议的数据处理设备来实现。例如,电子设备1000可以是以下电子设备之一,诸如便携式通信终端、个人数字助理(personaldigitalassistant,pda)、便携式媒体播放器(portablemediaplayer,pmp)、智能手机、平板电脑和可穿戴设备。电子设备1000可以包括应用处理器1100、显示器1220和图像传感器1230。应用处理器1100可以包括digrf主设备1110、显示器串行接口(displayserialinterface,dsi)主机1120、相机串行接口(cameraserialinterface,csi)主机1130和物理层1140。应用处理器1100可以控制图像传感器1230的整体操作。dsi主机1120可以遵照dsi与显示器1220的dsi设备1225通信。例如,串行器ser可以在dsi主机1120中实现。例如,去串行器des可以在dsi设备1225中实现。csi主机1130可以通过csi与图像传感器1230的csi设备1235通信。例如,去串行器des可以在csi主机1130中实现,并且串行器ser可以在csi设备1235中实现。图像传感器1230可以包括图1的图像传感器100、图2的图像传感器200、图3的图像传感器300、图4的图像传感器400和图9的图像传感器500中的至少一个。图像传感器1230可以生成像素数据,其中像素间的噪声和电源(或接地)噪声被补偿。显示器1220可以包括dsi设备1225。显示器1220可以基于从图像传感器1230输出的像素数据输出图像。因此,图像传感器1220可以输出几乎不受像素间的噪声和电源(或接地)噪声影响的图像。电子设备1000还可以包括与应用处理器1100通信的射频(radiofrequency,rf)芯片1240。rf芯片1240可以包括物理层1242、digrf从设备1244和天线1246。例如,rf芯片1240的物理层1242和应用处理器1100的物理层1140可以通过由mipi联盟提出的digrf接口互相交换数据。电子设备1000还可以包括动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory,dram)1250和存储1255。dram1250和存储1255可以存储从应用处理器1100接收的数据。此外,dram1250和存储1255可以将存储的数据提供给应用处理器1100。dram1250和存储1255可以存储关于从图像传感器1230接收的信号的信息。电子设备1000可以通过通信模块与外部设备/系统通信,诸如微波接入全球互通(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess,wimax)1260、无线局域网(wirelesslocalareanetwork,wlan)1262和超宽带(ultra-wideband,uwb)1264。电子设备1000还可以包括用于处理语音信息的扬声器1270和麦克风1275。电子设备1000还可以包括用于处理位置信息的全球定位系统(globalpositioningsystem,gps)设备1280。根据本公开实施例的图像传感器可以减少像素间出现的耦合噪声,以及模数转换器中出现的电源噪声或接地噪声。虽然已经参考本公开的示例性实施例描述了本公开,对于本领域的普通技术人员将显而易见的是,在不脱离如所附权利要求书中阐述的本公开的精神和范围的情况下,可以对其做出各种改变和修改。当前第1页12当前第1页12
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