全局快门飞行时间像素电路及传感系统的制作方法

本技术涉及3d tof成像，具体涉及一种全局快门飞行时间像素电路及传感系统。

背景技术：

1、全局快门(gs)全局快门飞行时间像素电路(cis)在对快速移动的物体进行成像方面具有很大的优势，因此gs cis在许多重要的场景中都有应用，例如面部识别，工业和汽车，无人机自主以及许多其他应用场景。然而，全局快门像素的设计需要每个像素的晶体管数量很多(至少5个晶体管，有些场景中甚至多达11或12个晶体管)，与标准的4晶体管cis像素相比，全局快门像素具有更复杂的像素架构和更多的控制信号。不断发展的3d tof深度图像传感器也可以受益于全局快门更快图像识别概念的优势，但是这导致大多数商用3dtof全局快门图像传感器具有更复杂的结构，具有额外的控制信号和相对大的尺寸像素，例如参考图1所示。

2、此外，cmos技术中tof像素的设计比常规标准2d强度图像传感器复杂得多。需要快速调制信号才能在10s至100兆赫兹的频率范围内实现像素内电荷调制。设计全局快门3dtof像素通常要困难得多，需要添加存储二极管或存储门以及具有更多控制信号的额外传输门，以便在具有相对较小的填充因子(ff)的更大尺寸像素中实现所需的操作。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术提供一种全局快门飞行时间像素电路及传感系统，以解决现有像素读出方案需要添加存储二极管或存储门以及具有更多控制信号的问题。

2、本技术提供的一种全局快门飞行时间像素电路，包括感光模块和n个读出通道，n≥3；

3、所述感光模块用于获取各个读出通道对应的光信号，并将所述光信号转换为对应的电信号；

4、第i读出通道包括用于存储光信号对应的电荷的电容，用于接入复位信号rst、选择信号sel和第i个转移信号txi，在txi＝1、rst＝0、sel＝1时传输对应的电信号，在txi＝1、rst＝1、sel＝1时清空对应电容处的电信号；其中各个读出通道对应的转移信号的高电平持续时间互不相同；1≤i≤n。

5、可选地，各个所述读出通道还包括选择晶体管sel、跟随晶体管sf、复位晶体管rst和两个转移晶体管tx；所述电容的一端分别连接所述感光模块、所述复位晶体管rst的第一端和所述跟随晶体管sf的控制端，另一端接地；所述复位晶体管rst的控制端用于接入所述复位信号rst，第二端通过第一个转移晶体管tx连接预设电位点；所述跟随晶体管sf的第一端用于接入预设电位，第二端通过第二个转移晶体管tx和所述选择晶体管sel连接对应的输出端；各个所述转移晶体管tx的控制端分别用于接入对应的转移信号；所述选择晶体管sel的控制端用于接入所述选择信号sel。

6、可选地，第二个转移晶体管tx的第一端连接跟随晶体管sf的第二端，第二端连接所述选择晶体管sel的第一端，所述选择晶体管sel的第二端连接对应的输出端。

7、可选地，所述选择晶体管sel的第一端连接跟随晶体管sf的第二端，第二端连接第二个转移晶体管txl的第一端，第二个转移晶体管tx的第二端连接对应的输出端。

8、可选地，所述感光模块包括光电二极管和n个读出通道对应的传输晶体管；所述光电二极管的一端接地，另一端分别连接各个所述传输晶体管的第一端；各个所述传输晶体管的第二端分别连接对应电容的一端；所述光电二极管用于感应光信号，产生对应的电信号，并通过对应的所述传输晶体管传输所述电信号；第i读出通道对应的传输晶体管mgi用于接入传输控制信号mgi，并在传输控制信号mgi为高电平时获取对应的电信号，以在第i读出通道的电容处产生电信号。

9、可选地，所述感光模块包括n个读出通道对应的光电门晶体管和光门drn’；第i读出通道对应的光电门晶体管mgi’用于接入光门控制信号mgi’，并在光门控制信号mgi’为高电平时获取对应的光信号，在低电平状态时将感应光信号传输到相应的读出通道，光门drn’在接入高电平状态时收集不需要的环境光信号，在接入低电平状态时将不需要的环境光信号移除到预设电位点，所有的光电门晶体管和光门drn’不能同时工作，它们一个接一个地切换。

10、可选地，所述感光模块采用背面感光工艺制成，以使感光面位于背面。

11、可选地，所述感光面呈金字塔状，以增强感光能力。

12、可选地，所述感光模块包括深沟槽，所述深沟槽的一端为所述感光面，另一端为所述传输晶体管，侧面设有隔离层，以在所述感光面感应光信号之后将所述光信号积蓄在所述深沟槽，并通过隔离层防止所述光信号从侧面溢出。

13、可选地，所述全局快门飞行时间像素电路还包括晶体管drn；所述晶体管drn的控制端一端连接光电二极管，另一端连接预设电位点；用于在drn＝1时，将光电二极管采集的环境光信号传输到预设电位点。

14、可选地，所述光门drn’一端分别与光门mgi'的一端相连，另一端接预设电位点；用于在光门drn＝1时，采集环境光信号，在光门drn’接入低电平时将不需要的环境光信号转移到预设电位点。

15、本技术还提供一种全局快门飞行时间传感系统，包括像素阵列、发光组件和控制电路；所述像素阵列包括多个上述任一种全局快门飞行时间像素电路；

16、所述发光组件用于发射第一光信号；

17、所述全局快门飞行时间像素电路用于获取目标对象接收所述第一光信号后反射的第二光信号，向所述控制电路传输n个读出通道分别对应的电信号；

18、所述控制电路用于产生所述全局快门飞行时间像素电路所需的控制信号，并根据n个读出通道分别对应的电信号确定所述目标对象的距离。

19、可选地，所述全局快门飞行时间像素电路的各个所述读出通道还包括选择晶体管sel、跟随晶体管sf、复位晶体管rst和两个转移晶体管tx；所述电容的一端分别连接所述感光模块、所述复位晶体管rst的第一端和所述跟随晶体管sf的控制端，另一端接地；所述复位晶体管rst的控制端用于接入所述复位信号rst，第二端通过第一个转移晶体管tx连接预设电位点；所述跟随晶体管sf的第一端用于接入预设电位，第二端通过第二个转移晶体管tx和所述选择晶体管sel连接对应的输出端；各个所述转移晶体管tx的控制端分别用于接入对应的转移信号；所述选择晶体管sel的控制端用于接入所述选择信号sel。

20、可选地，第二个转移晶体管tx的第一端连接跟随晶体管sf的第二端，第二端连接所述选择晶体管sel的第一端，所述选择晶体管sel的第二端连接对应的输出端。

21、可选地，所述选择晶体管sel的第一端连接跟随晶体管sf的第二端，第二端连接第二个转移晶体管txl的第一端，第二个转移晶体管tx的第二端连接对应的输出端。

22、可选地，所述全局快门飞行时间像素电路的感光模块包括光电二极管和n个读出通道对应的传输晶体管；所述光电二极管的一端接地，另一端分别连接各个所述传输晶体管的第一端；各个所述传输晶体管的第二端分别连接对应电容的一端；所述光电二极管用于感应光信号，产生对应的电信号，并通过对应的所述传输晶体管传输所述电信号；第i读出通道对应的传输晶体管mgi用于接入传输控制信号mgi，并在传输控制信号mgi为高电平时获取对应的电信号，以在第i读出通道的电容处产生电信号。

23、可选地，所述全局快门飞行时间像素电路还包括晶体管drn；所述晶体管drn的控制端一端连接光电二极管，另一端连接预设电位点；用于在drn＝1时，将光电二极管采集的环境光信号传输到预设电位点。

24、可选地，所述全局快门飞行时间像素电路的感光模块包括n个读出通道对应的光电门晶体管和光门drn’；第i读出通道对应的光电门晶体管mgi’用于接入光门控制信号mgi’，并在光门控制信号mgi’为高电平时获取对应的光信号，在低电平状态时将感应光信号传输到相应的读出通道，光门drn’在接入高电平状态时收集不需要的环境光信号，在接入低电平状态时将不需要的环境光信号移除到预设电位点，所有的光电门晶体管和光门drn’不能同时工作，它们一个接一个地切换。

25、可选地，所述光门drn’一端分别与光门mgi'的一端相连，另一端接预设电位点；用于在光门drn＝1时，采集环境光信号，在光门drn’接入低电平时将不需要的环境光信号转移到预设电位点。

26、可选地，所述感光模块采用背面感光工艺制成，以使感光面位于背面。

27、可选地，所述感光面呈金字塔状，以增强感光能力。

28、可选地，所述感光模块包括深沟槽，所述深沟槽的一端为所述感光面，另一端为所述传输晶体管，侧面设有隔离层，以在所述感光面感应光信号之后将所述光信号积蓄在所述深沟槽，并通过隔离层防止所述光信号从侧面溢出。

29、本技术上述全局快门飞行时间像素电路及传感系统中，n个读出通道可以接入同一个复位信号rst和选择信号sel，再分别接入对应的转移信号，所需接入的信号仅n+2个，便可以实现n个读出通道的读出控制，稳定有序地进行信号传输，相对与传统的像素读出方案，能够节省控制信号的个数，减少信号连接信号，达到简化对应电路、降低功耗和成本的目的。