一种可降低噪声的光学传感器读出电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学传感器，尤其涉及一种可降低噪声的光学传感器读出电路。
【背景技术】
[0002]随着数字影像技术的发展，图像传感器(image sensor)得到了越来越广泛的应用。在现有技术中，图像传感器可以采用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)技术制作于玻璃基板，以构成平板(flat panel)图像传感器。因其具有感测面积大、厚度薄等诸多优点，通常应用于图像扫描、指纹检测、无损检测等。一般来说，平板图像传感器的工作原理是，光照射并透过被检测物体，由于被检测物体的不同部分对光的衰减不一样，所以透过被检测物体不同区域的光照射到平板图像传感器的强度是不一样的，最终形成了一个与物体组织相对应的灰阶图。平板图像传感器包括由若干像素单元构成的像素阵列，像素单元将光转换为电荷之后，在驱动电路的作用下，存储在像素单元中的电荷被传输到读出电路(read-outcircuit)，然后由读出电路对电信号进行诸如放大、模数转换等处理，最终获得图像信息。
[0003]图1示出现有技术中的一种平板图像传感器的结构示意图。如图1所示，该平板图像传感器包括光学传感器阵列(photo sensor array) 100、栅极驱动电路(gatedriver) 102、光学传感器读出电路104、模数转换电路(analog/digital convers1ncircuit) 106、时序控制器(timing controller) 108、静态随机存储器(static randomaccess memory，SRAM) 110 和微处理器(micro controller unit，MCU) 112。其中，每个像素单元包括一光学传感器、一像素存储电容和一薄膜晶体管，诸如光电二极管的光学传感器接收光照产生光电流，该光电流对像素存储电容进行放电以存储电荷。栅极驱动电路102提供栅极驱动信号，当该栅极驱动信号控制像素单元中的薄膜晶体管导通时，所存储的电荷被传输到光学传感器读出电路104。光学传感器读出电路104将电信号送入模数转换器106进行模数转换而产生数字信号。该数字信号透过微处理器112处理以存放在静态随机存储器110中。
[0004]图2示出图1的平板图像传感器中的光学传感器读出电路的结构示意图。参照图2，像素单元包括光学传感器SI (如，无源传感器)、像素存储电容Cst和薄膜晶体管Tl，像素存储电容Cst的一端电性耦接至一偏置电压Vbias且另一端电性耦接至薄膜晶体管Tl的第一端。薄膜晶体管Tl和像素存储电容Cst的连接点电位以Vd1de表示。积分电路包括一运算放大器、并联在放大器输入端与输出端之间的电容Cfbο该运算放大器的一输入端电性耦接至薄膜晶体管Tl，另一输入端电性耦接至一参考电压Vref，运算放大器的输出端电压为Vout。复位开关Ml与电容Cfb并联，当复位开关Ml开通时，电容Cfb上的电荷得以释放。此外，读出电路还可包括一相关双采样(Correlated double sampling,⑶S)电路，包括并列的两路开关HS和HR，该CDS电路将来自积分电路的输出电压Vout转换为采样电压 Vdata。
[0005]当光源照亮该光学传感器SI时，它将产生光电流并对存储电容Cst进行放电。当栅极驱动信号G(n)变为高电平且打开薄膜晶体管Tl时，存储电容Cst由读出电路进行充电。与此同时，电容Cfb也被充电且运算放大器的输出电压Vout升尚。该输出电压Vout将会被CDS电路进行采样，然后数据电压Vdata将被提取。在采样处理后，复位开关Ml开通从而复位电容Cfb上的电荷，然后进入下一扫描线的读出流程。
[0006]图3示出图2的光学传感器读出电路中的各关键信号的波形和时序示意图。如图3所示，当栅极驱动信号G(n)为高电平时，存储电容Cst充电因而节点电压Vd1de缓慢升高，此时复位开关Ml为关断状态，运算放大器的输出电压Vout也将逐渐变大。当栅极驱动信号G (η)为低电平时，存储电容Cst放电，节点电压Vd1de缓慢下降，此时复位开关Ml为开通状态，运算放大器的输出电压Vout也将逐渐下降为参考电压Vref。在复位开关Ml开通期间，运算放大器输出电压Vout被⑶S电路采样，得到采样数据电压Vdata。
[0007]然而，上述光学传感器读出电路作为图像传感器工作时，往往会遭受水平方向上的栅极扫描线G(n)的信号噪声困扰，该噪声将使CDS电路的采样数据电压不稳定，进而影响图像传感器的扫描品质或指纹检测精度。有鉴于此，如何对现有光学传感器读出电路进行改进，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中的光学传感器读出电路所存在的上述缺陷，本发明提供了一种可降低噪声的光学传感器读出电路，以避免复位开关在开通时容易对栅极控制信号造成耦合噪声等不良情形。
[0009]依据本发明的一个方面，提供了一种可降低噪声的光学传感器读出电路，包括:
[0010]—薄膜晶体管，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述控制端用以接收一栅极脉冲信号；
[0011]—光学传感器，电性耦接至一偏置电压以及所述薄膜晶体管的第一端；
[0012]—开关组件，具有一第一端和一第二端，所述开关组件的第一端电性耦接至所述薄膜晶体管的第二端；
[0013]—积分电路，其输入端电性耦接至所述开关组件的第二端；
[0014]—复位开关，其一端电性耦接至所述积分电路的输入端，另一端电性耦接至所述积分电路的输出端，其中，当所述复位开关开通时，所述开关组件断开所述积分电路与所述薄膜晶体管。
[0015]在其中的一实施例，所述薄膜晶体管采用非晶硅材质制成。
[0016]在其中的一实施例，所述开关组件包括:一第一开关，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述第一开关的第一端电性耦接至所述薄膜晶体管的第二端，所述第一开关的第二端电性耦接至所述积分电路的输入端；以及一第二开关，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述第二开关的第二端电性耦接至所述薄膜晶体管的第二端，所述第二开关的第一端电性耦接至所述积分电路的输入端，所述第一开关与所述第二开关为互补型的开关，且所述第一开关的控制端与所述第二开关的控制端各自所接收的控制信号极性相反。
[0017]在其中的一实施例，所述第一开关为N型薄膜晶体管，且所述第二开关为P型薄膜晶体管。
[0018]在其中的一实施例，所述第一开关的控制端接收一第一脉冲信号，所述第二开关的控制端接收一第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号的跳变时刻与所述复位开关的操作时刻相一致。
[0019]在其中的一实施例，当所述复位开关开通时，所述第一脉冲信号从高电平跳变为低电平使所述第一开关断开，所述第二脉冲信号从低电平跳变为高电平使所述第二开关断开。
[0020]在其中的一实施例，所述积分电路包括:一运算放大器，具有一反相输入端、一正相输入端和一输出端，所述反相输入端电性耦接至所述开关组件的第二端，所述正相输入端电性耦接至一参考电压；以及一积分电容，并联连接于所述运算放大器的输入端与输出端之间。
[0021]在其中的一实施例，所述复位开关为一 P型薄膜晶体管，当所述复位开关的控制端为高电平时，其处于关断状态；当所述复位开关的控制端为低电平时，其处于开通状态。
[0022]在其中的一实施例，所述光学传感器读出电路为一集成芯片。
[0023]采用本发明的光学传感器读出电路，其薄膜晶体管的控制端接收一栅极脉冲信号，光学传感器电性耦接至偏置电压以及薄膜晶体管的第一端，开关组件的第一端电性耦接至薄膜晶体管的第二端且第二端电性耦接至积分电路的输入端，复位开关跨接于积分电路的输入端与输出端之间。相比于现有技术，本发明的读出电路在复位开关开通时，同步关断设置在薄膜晶体管的第二端和积分电路的输入端之间的开关组件，从而可避免积分电路输入端的瞬时电压尖峰对栅极驱动信号造成耦合噪声。如此一来，本发明的读出电路可使CDS电路的采样数据电压保持稳定，以确保图像传感器的扫描品质或指纹检测精度。
【附图说明】
[0024]读者在参照附图阅读了本发明的【具体实施方式】以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
[0025]图1示出现有技术中的一种平板图像传感器的结构示意图；
[0026]图2示出图1的平板图像传感器中的光学传感器读出电路的结构示意图；
[0027]图3示出图2的光学传感器读出电路中的各关键信号的波形和时序示意图；
[0028]图4A示出图2的光学传感器读出电路中的积分电路在复位开关开通时，于积分电路的输入端出现电压尖峰(voltage spike)的状态示意图；
[0029]图4B示出图4A的光学传感器读出电路中，积分电路的输入端与薄膜晶体管的栅极控制信号所产生的电压尖峰对像素电压电位影响的测试示意图；
[0030]图5示出依据本发明的一实施方式，可降低噪声的光学传感器读出电路的结构示意图；
[0031]图6A示出依据本发明的另一实施方式，可降低噪