技术特征：
1.一种低噪声全局曝光像素结构，其特征在于：包括n
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n个像素单元，n
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n个所述像素单元组成像素阵列；所述像素阵列还包括输入信号、输出信号；所述输入信号包括输入信号tx、输入信号rst、输入信号s1、输入信号s2、输入信号sel、输入信号pdsw，所述输出信号包括n个输出信号vout，n个输出信号vout互相平行设置；所述输入信号tx，输入信号rst均为全局信号，所述输入信号tx、输入信号rst均为n个，n个输入信号tx、输入信号rst互相平行设置，每个输入信号tx、输入信号rst均连接n个像素单元，第n行像素单元共用同一组输入信号s1、输入信号s2、输入信号sel、输入信号pdsw；相邻行像素单元之间的输入信号s1、输入信号s2、输入信号sel、输入信号pdsw波形相同，但全局信号转移阶段18-2和信号读出阶段18-3之间的延迟时间不同；每一列像素单元的输出信号vout共用一条总线。2.根据权利要求1所述的一种低噪声全局曝光像素结构，其特征在于：所述像素单元包括光电二极管(1)、传输晶体管(3)、复位晶体管(5)、一号源跟随管(6)、一号开关管(8)、一号电容(10)、下拉开关管(11)、二号开关管(12)、二号电容(14)、二号源跟随管(15)和输出晶体管(17)；所述光电二极管(1)阳极接地，所述光电二极管(1)阴极连接到一号节点(2)；所述传输晶体管(3)源极连接到一号节点(2)，所述传输晶体管(3)漏极连接到二号节点(4)，所述传输晶体管(3)栅极连接输入信号tx；所述复位晶体管(5)源极连接到二号节点(4)，所述复位晶体管(5)漏极连接到电源vdd，所述复位晶体管(5)栅极连接到输入信号rst；所述一号源跟随管(6)源极连接到三号节点(7)，所述一号源跟随管(6)漏极连接到电源vdd，所述一号源跟随管(6)栅极连接到二号节点(4)；所述一号开关管(8)源极连接到四号节点(9)，所述一号开关管(8)漏极连接到三号节点(7)，所述一号开关管(8)栅极连接到输入信号s1；所述一号电容(10)的一端连接到地端，所述一号电容(10)的另一端连接到四号节点(9)；所述下拉开关管(11)源极连接到地端，所述下拉开关管(11)漏极连接到四号节点(9)，所述下拉开关管(11)栅极连接到输入信号pdsw；所述二号开关管(12)源极连接到五号节点(13)，所述二号开关管(12)漏极连接到四号节点(9)，所述二号开关管(12)栅极连接到输入信号s2；所述二号电容(14)的一端连接到地端，所述二号电容(14)的另一端连接到五号节点(13)；所述二号源跟随管(15)源极连接到六号节点(16)，所述二号源跟随管(15)漏极连接到电源vdd，所述二号源跟随管(15)栅极连接到五号节点(13)；所述输出晶体管(17)源极连接到输出节点vout，所述输出晶体管(17)漏极连接到六号节点(16)，所述输出晶体管(17)栅极连接到输入信号sel。3.应用于权利要求1-2任一所述的一种低噪声全局曝光像素结构的工作方法，其特征在于：包括像素单元的工作时序和像素阵列的工作时序；像素单元的工作时序包括以下步骤：s1、将像素单元工作的一个周期18分为三个阶段，分别为全局信号复位阶段18-1、全局信号转移阶段18-2、信号读出阶段18-3；s2、执行全局信号复位阶段18-1；s3、执行全局信号转移阶段18-2；s4、执行信号读出阶段18-3；像素阵列的工作时序包括以下步骤：a1、将像素阵列工作的一个帧周期分为三个阶段，分别为全局信号复位阶段、全局信号转移阶段和全局信号读出阶段；
a2、同步执行前一帧周期的全局信号读出阶段和本帧周期的全局信号复位阶段；a3、全局信号复位阶段的全局信号复位完成后，等效曝光开始；a4、进入全局信号转移阶段，像素阵列内的n
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n个像素单元同时进行信号转移，等效曝光结束，每个像素单元将其光强信号转换为电压信号存储起来；a5、进入全局信号读出阶段，像素阵列进行列扫描，信号按行逐次读出；在信号按行读出的同时，下一帧的全局信号复位也同时进行；a6、随着步骤a5的第n行信号读出，全局信号读出阶段结束。4.根据权利要求3所述的一种低噪声全局曝光像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤s2中的执行全局信号复位阶段18-1包括以下步骤：s21、输入信号s1，输入信号s2，输入信号sel，输入信号pdsw信号置为低电平；s22、输入信号rst和输入信号tx信号同时上升为高电平，此时传输晶体管(3)、复位晶体管(5)导通，光电二极管(1)阴极与电源vdd之间形成通路，光电二极管(1)开始复位；s23、在步骤s22的光电二极管(1)复位后，输入信号tx下降为低电平；s24、输入信号rst下降为低电平；s25、全局信号复位阶段结束，光电二极管(1)收集光生电荷，等效曝光开始。5.根据权利要求3所述的一种低噪声全局曝光像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤s3中的执行全局信号转移阶段18-2包括以下步骤：s31、输入信号rst信号上升到高电平，s32、输入信号rst信号下降到低电平，对二号节点(4)4复位；s33、输入信号s2和输入信号pdsw上升到高电平，此时，下拉开关管(11)和二号开关管(12)导通，一号电容(10)和二号电容(14)开始复位；s34、输入信号pdsw信号下降为低电平，下拉开关管(11)关断，一号电容(10)和二号电容(14)复位结束；s35、输入信号pdsw下降到低电平之后，输入信号s1上升到高电平，此时存在二号节点(4)到一号电容(10)和二号电容(14)的通路，一号电容(10)和二号电容(14)开始充电；s36、随着步骤s35的充电进行，一号电容(10)和二号电容(14)两端电压增加，一号源跟随管(6)工作状态从饱和区逐渐向亚阈值区变化，当一号源跟随管(6)工作在亚阈值区后，一号电容(10)和二号电容(14)两端电压趋于稳定；s37、输入信号s2下降为低电平，随着输入信号s2的下降，二号电容(14)充电结束，二号电容(14)记录复位状态的电压vrst；s38、随着步骤s37的输入信号s2下降为低电平之后，输入信号s1下降为低电平；输入信号tx先上升为高电平然后下降为低电平，光电二极管(1)的电荷通过传输晶体管(3)传到二号节点(4)，二号节点(4)的电压体现像素单元所曝光的光电信息，等效曝光结束；s39、输入信号pdsw上升为高电平，一号电容(10)开始复位；s310、输入信号pdsw下降为低电平，一号电容(10)复位结束；s311、随着步骤s310的输入信号pdsw下降到低电平之后，输入信号s1上升到高电平，此时二号节点(4)到一号电容(10)存在通路，一号电容(10)开始充电；s312、随着步骤s311的充电进行，一号电容(10)两端电压升高，一号源跟随管(6)工作状态从饱和区逐渐向亚阈值区变化，当一号源跟随管(6)工作在亚阈值区后，一号电容(10)
两端电压趋于稳定；s313、输入信号s1下降为低电平；s314、随着步骤s313的输入信号s1的下降，一号电容(10)充电结束，一号电容(10)记录的是含有光电信息的电压vsig；s315、随着步骤s314的输入信号s1降为低电压后，像素单元的全局信号转移阶段结束。6.根据权利要求3所述的一种低噪声全局曝光像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤s4中的执行信号读出阶段18-3包括以下步骤：s41、输入信号sel先上升为高电平，输出晶体管(17)导通，二号电容(14)中储存的复位状态的电压vrst通过二号源跟随管(15)和输出晶体管(17)输出到输出信号vout；s42、当输入信号s2上升为高电平时，二号开关管(12)导通，一号电容(10)和二号电容(14)电荷重新分配，一号电容和二号电容上的极板电压变为vsig_avg，极板电压通过二号源跟随管(15)和输出晶体管(17)输出到输出信号vout；s43、输入信号s2先下降为低电平，二号开关管(12)关断；s44、输入信号sel下降到低电平，输出晶体管(17)关断；s45、信号读出阶段结束。
技术总结
本发明提供了一种低噪声全局曝光像素结构及其工作方法，所述像素单元包括光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、一号源跟随管、一号开关管、一号电容、下拉开关管、二号开关管、二号电容、二号源跟随管和输出晶体管。本发明有益效果：本发明将传统结构的源极跟随器中的起电流源作用的晶体管除去，在两个电容相连的节点处与地之间增加一个由输入信号控制栅极电压的晶体管，避免了源极跟随器电源VDD到地的通路中的持续电流。同时，源极处在浮空状态的晶体管相比源极跟随器可实现低噪声的信号缓冲。从而达到减小像素噪声、降低像素功耗的效果。效果。效果。
技术研发人员：高志远
受保护的技术使用者：天津海芯微电子技术有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/3/14