电源控制电路、像素阵列及图像传感器的制作方法

1.本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种电源控制电路、像素阵列及图像传感器。


背景技术：

2.cmos图像传感器(cmos image sensor，cis)已广泛应用于视频、监控、工业制造、汽车、家电等成像领域。随着各类应用要求的提高，cis不仅需要在合理功耗范围内，实现更高的分辨率、动态范围以及帧率。对图像质量的要求也越来越高，这就包括在更低照度下实现更低的噪声。当照度很低时，cis的曝光、增益需要开得很大以呈现更多的图像细节，此时与正常信号相比，噪声的占比会上升。此时图像上的随机行噪声很容易被呈现，影响图像质量。行噪声来源于像素电源、模式数字转换器(analog-to-digital converter，adc)的读出操作以及公共偏置信号线的耦合等。通过版图设计可以将信号线寄生消除或减小以降低公共信号线耦合带来的噪声，而像素电源噪声很难通过外部滤波完全消除。
3.因此，有必要提供一种新型的电源控制电路、像素阵列及图像传感器以解决现有技术中存在的上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电源控制电路、像素阵列及图像传感器，降低电源电压中噪声对图像的影响。
5.为实现上述目的，本发明的所述电源控制电路，包括：
6.跨导放大器，用于根据基准电压和反馈电压输出驱动电压；
7.控制开关，一端与所述跨导放大器的输出端连接；
8.驱动单元，第一端接电源电压，第三端与所述控制开关的另一端连接；
9.采样电容单元，第一端与所述驱动单元的第三端连接，第二端接地；以及
10.分压单元，第一端与所述驱动单元的第二端连接，作为所述电源控制电路的输出端，第二端接地，第三端与所述跨导放大器连接，用于分压并为所述跨导放大器提供所述反馈电压。
11.所述电源控制电路的有益效果在于：控制开关的一端与所述跨导放大器的输出端连接，驱动单元的第一端接电源电压，驱动单元的第三端与所述控制开关的另一端连接，采样电容单元的第一端与所述驱动单元的第三端连接，采样电容单元的第二端接地，分压单元的第一端与所述驱动单元的第二端连接，作为所述电源控制电路的输出端，分压单元的第二端接地，分压单元的第三端与所述跨导放大器连接，用于分压并为所述跨导放大器提供所述反馈电压，通过驱动单元第一端的高阻抗减少电源电压的噪声，进一步通过控制开关和采样电容单元，可以屏蔽掉驱动单元第三端的电源电压噪声，进而极大的降低了电源控制电路输出端中电源电压中的噪声，降低了电源电压中噪声对图像的影响。
12.可选地，所述跨导放大器包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管和第二nmos
管，所述第一pmos管的源极和所述第二pmos管的源极能接电源电压，所述第一pmos管的栅极与所述第一pmos管的漏极和所述第二pmos管的栅极连接，所述第一pmos管的漏极与所述第一nmos管的漏极连接，所述第一nmos管的栅极用于接收所述基准电压，所述第二pmos管的漏极与所述控制开关的一端和所述第二nmos管的漏极连接，所述第二nmos管的栅极用于接收所述反馈电压，所述第一nmos管的源极与所述第二nmos管的源极连接。
13.可选地，所述跨导放大器还包括电流源，所述电流源的一端与所述第一nmos管的源极和所述第二nmos管的源极连接，所述电流源的另一端接地。
14.可选地，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述驱动单元的第二端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端连接，并作为所述分压单元的输出端输出所述反馈电压，所述第二电阻的另一端接地。
15.可选地，所述驱动单元为nmos管，漏极接电源电压，源极与所述控制开关的另一端连接。
16.可选地，所述采样电容单元包括采样电容，一端与所述驱动单元的第二端连接，另一端接地。
17.本发明还提供了一种像素阵列，包括：
18.至少一个像素单元，用于感光后输出像素信号；以及
19.所述电源控制电路，与所有所述像素单元连接，用于为所有所述像素单元供电。
20.所述像素阵列的有益效果在于：采用了所述电源控制电路，降低了电源电压中噪声对图像的影响。
21.本发明还提供了一种图像传感器，包括：
22.所述像素阵列；
23.译码驱动单元，与所述像素阵列连接，用于驱动所述像素阵列；
24.斜坡发生单元，用于产生斜坡信号；
25.读出电路，与所述斜坡发生单元和所述像素阵列连接，用于将所述像素信号转换为数字信号；
26.输出信号处理单元，与所述读出电路连接，用于将所述数字信号转化为图像并输出；以及
27.时序控制单元，与所述译码驱动单元、所述斜坡发生单元、所述读出电路以及所述输出信号处理单元连接，用于向所述译码驱动单元、所述斜坡发生单元、所述读出电路以及所述输出信号处理单元发送时钟信号。
28.所述图像传感器的有益效果在于：采用了像素阵列，降低了电源电压中噪声对图像的影响。
附图说明
29.图1为本发明一些实施例中图像传感器的结构示意图；
30.图2为本发明一些实施例中像素单元的电路示意图；
31.图3为本发明一些实施例中像素阵列的时序示意图；
32.图4为本发明一些实施例中电源控制电路的示意图；
33.图5为现有技术中的图像示意图；
34.图6为本发明一些实施例中的图像示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
36.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种图像传感器。参照图1，所述图像传感器100包括像素阵列101、读出电路102、译码驱动单元103、斜坡发生电路104、输出信号处理单元105和时序控制单元106。
37.参照图1，所述像素阵列101用于感光后输出像素信号；所述行选译码驱动单元103与所述像素阵列101连接，用于驱动所述像素阵列101；所述斜坡发生电路104用于产生斜坡信号；所述读出电路102与所述像素阵列101和所述斜坡发生电路104连接，用于将所述像素信号转换为数字信号；所述输出信号处理单元105与所述读出电路102连接，以将所述数字信号转化为图像并输出；所述时序控制单元106与所述译码驱动单元103、所述斜坡发生电路104、所述读出电路102以及所述输出信号处理单元105连接，用于向所述译码驱动单元103、所述斜坡发生电路104、所述读出电路102以及所述输出信号处理单元发送时钟信号。其中，所述译码驱动单元103、所述斜坡发生电路104、所述输出信号处理单元105以及所述时序控制单元106均为本领域内的公知技术，在此不再详细赘述。
38.一些实施例中，所述像素阵列包括至少一个像素单元和电源控制电路，所述电源控制电路，与所有所述像素单元连接，用于为所有所述像素单元供电。
39.图2为本发明一些实施例中像素单元的电路示意图。参照图2，所述像素单元1011包括复位管mrst、放大管msf、传输管mtg、选通管msel和光电二极管pd，所述复位管mrst的漏极连接所述电源控制电路的输出端，所述复位管mrst的源极连接所述放大管msf的栅极和所述传输管mtg的漏极，所述复位管mrst的栅极用于接收复位控制信号rx，所述传输管mtg源极与所述光电二极管pd的负极连接，所述传输管mtg的栅极用于接收传输控制信号tx，所述光电二极管pd的正极接地，所述放大管msf的漏极连接所述电源控制电路的输出端，所述放大管msf的源极与所述选通管msel的漏极连接，所述选通管msel的栅极用于接收选通控制信号sel，所述选通管msel的源极与所述读出电路102连接，以将所述像素信号发送给所述读出电路102。
40.参照图2，所述复位管mrst、所述放大管msf、所述传输管mtg和所述选通管msel均为nmos管。
41.参照图2，所述传输管mtg的漏极与第一连接线10111的一端连接，所述传输管msf的栅极与所述第一连接线10111的另一端连接，所述复位管mrst的源极与第二连接线10112的一端连接，所述第二连接线10112的另一端与所述第一连接线10111连接，所述第二连接线10112与所述第一连接线10111的连接点为浮置扩散区fd。
42.图3为本发明一些实施例中像素阵列的时序示意图。参照图2和图3，rst表示所述像素单元1011的复位阶段，exp表示所述像素单元1011的曝光阶段，read表示所述像素单元1011的信号读取阶段，sel表示施加在所述选通管msel栅极上的选通控制信号，rx表示施加在所述复位管mrst栅极上的复位控制信号，tx表示施加在所述传输管mtg栅极上的传输控制信号。
43.参照图2和图3，在所述像素单元1011处于所述复位阶段时，所述选通控制信号sel维持低电平，所述复位控制信号rx维持高电平，所述传输控制信号tx由高电平转变为低电平。所述复位控制信号rx和所述传输控制信号tx均为高点平，所述复位管mrst和所述传输管mtg均导通，所述浮置扩散区fd的电位被拉高到电源电压vdd，以完成复位。
44.参照图2和图3，所述复位控制信号rx和所述传输控制信号tx均由高电平转变为低电平后，所述像素单元1011由所述复位阶段进入所述曝光阶段，所述选通控制信号sel维持低电平，所述复位控制信号rx维持低电平，所述传输控制信号tx维持低电平。所述复位控制信号rx和所述传输控制信号tx均为低点平，所述复位管mrst和所述传输管mtg均关断，所述光电二极管pd感光并生成与光照强度成正比的光电子。
45.参照图2和图3，所述选通控制信号sel由低电平转变为高电平后，所述选通管msel导通，所述像素单元1011由所述曝光阶段进入所述信号读取阶段，所述复位控制信号rx先由低电平变为高电平，以复位所述浮置扩散区fd，此时所述放大管msf受控于所述浮置扩散区fd的电位，并由所述选通管msel的源极输出第一复位电位，然后所述复位控制信号rx由高电平变为低电平；所述传输控制信号tx由低电平变为高电平，所述光电二极管pd内的光电子转移到所述浮置扩散区fd，此时所述放大管msf受控于所述浮置扩散区fd的电位，并由所述选通管msel的源极输出第二复位电位，然后所述传输控制信号tx由高电平变为低电平。
46.一些实施例中，所述读出电路至少一个读出单元，所述读出单元包括比较器和计数器，所述计数器与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较器的输出信号进行计数，以输出数字信号。
47.图4为本发明一些实施例中电源控制电路的示意图。参照图4，所述电源控制电路包括跨导放大器10、控制开关s0、驱动单元mq、采样电容单元cs和分压单元30。
48.一些实施例中，所述跨导放大器用于根据基准电压和反馈电压输出驱动电压，所述控制开关的一端与所述跨导放大器的输出端连接，所述驱动单元的第一端接电源电压，所述驱动单元的第三端与所述控制开关的另一端连接，所述采样电容单元的第一端与所述驱动单元的第三端连接，所述采样电容单元的第二端接地，所述分压单元的第一端与所述驱动单元的第二端连接，作为所述电源控制电路的输出端，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的第三端与所述跨导放大器连接，用于分压并为所述跨导放大器提供所述反馈电压。
49.一些实施例中，所述驱动单元由多个mos管构成，所述采样电容单元包括至少一个电容，当所述采样电容单元包括至少两个电容时，所有电容通过串联、并联实现一个电容的功能。
50.参照图4，所述跨导放大器10包括第一pmos管p1、第二pmos管p2、第一nmos管n1和第二nmos管n2，所述第一pmos管p1的源极和所述第二pmos管p2的源极能接电源电压vdd，所
述第一pmos管p1的栅极与所述第一pmos管p1的漏极和所述第二pmos管p2的栅极连接，所述第一pmos管p1的漏极与所述第一nmos管n1的漏极连接，所述第一nmos管n1的栅极用于接收所述基准电压vref，所述第二pmos管p2的漏极与所述控制开关s0的一端和所述第二nmos管n2的漏极连接，所述第一nmos管n1的源极与所述第二nmos管n2的源极连接。
51.参照图4，所述跨导放大器10还包括电流源20，所述电流源20的一端与所述第一nmos管n1的源极和所述第二nmos管n2的源极连接，所述电流源20的另一端接地。
52.参照图4，所述驱动单元mq为nmos管，所述采样电容单元包括采样电容，所述控制开关s0的另一端与所述驱动单元mq的栅极和所述采样电容cs的一端连接，所述采样电容cs的另一端接地，所述驱动单元mq的漏极接电源电压vdd，所述分压单元30包括第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1的一端与所述驱动单元mq的源极连接，作为所述电源控制电路的输出端，用于输出为所述像素单元供电的电压vdd_pix，所述第一电阻r1的另一端与所述第二电阻r2的另一端和所述第二nmos管n2的栅极连接，所述第二电阻r2的另一端接地。
53.参照图3和图4，s0表示所述控制开关s0的控制信号，在复位阶段和曝光阶段，所述控制开关s0的控制信号为高电平，所述控制开关s0导通，所述采样电容cs被充电，电源电压vdd的噪声会通过所述第二pmos管p2的漏极达到所述驱动单元mq的栅极，所述驱动单元mq的源极电位将跟随栅极电位受到电源电压vdd的噪声影响，而所述驱动单元mq的漏极阻抗很大，电源电压vdd的噪声在所述驱动单元mq的漏极至源极路径上大大衰减，因此所述驱动单元mq漏端的噪声对所述驱动单元mq源极的电位几乎无影响。并且在复位阶段和曝光阶段，并非读取阶段，因此所述驱动单元mq源极的噪声对最终图像没有任何影响。
54.参照图3和图4，在读取阶段，所述控制开关s0的控制信号变为低，所述控制开关s0关断，所述采样电容cs保持的电位继续驱动所述驱动单元mq，这样切断了电源电压vdd的噪声经所述第二pmos管p2对所述驱动单元mq的影响路径。因此，所述驱动单元mq源极的噪声已经很低，大大降低了对最终图像的影响。
55.图5为现有技术中的图像示意图。图6为本发明一些实施例中的图像示意图。参照图5和图6，可以明显看出，图6相对于图5图像质量明显得到改善。
56.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。