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CN207022104U - 图像传感器像素和成像系统 - Google Patents

图像传感器像素和成像系统 Download PDF

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CN207022104U
CN207022104U CN201720369564.1U CN201720369564U CN207022104U CN 207022104 U CN207022104 U CN 207022104U CN 201720369564 U CN201720369564 U CN 201720369564U CN 207022104 U CN207022104 U CN 207022104U
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Abstract

本实用新型涉及图像传感器像素和成像系统。所述图像传感器像素包括：光敏元件，所述光敏元件响应于入射光而生成电荷；浮动扩散节点，所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件；有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述有源重置电路。本实用新型解决的一个技术问题是改进全局快门像素。本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的图像传感器像素和成像系统。

Description

图像传感器像素和成像系统
技术领域
本实用新型整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有对不完全遮光不太敏感的改进背照式(BSI)兼容全局快门像素的成像设备。
背景技术
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括光敏区，所述光敏区接收入射光子(光)并将光子转变为电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
图像传感器可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压然后被提供给传感器的输出端子。在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，像素可被重置以便准备聚积新的电荷。
一些常规图像传感器使用全局快门方法从图像传感器中的所有像素同时读出信号。这些全局快门像素易受kTC噪声的影响，并且在用于BSI图像传感器中时可经历来自入射光的不良干涉。
因此期望能够提供具有与BSI图像传感器兼容的改进全局快门像素的成像设备。
一些常规图像传感器使用全局快门的方法涉及将信号电荷以电压的形式存储在电容器上。这些全局快门像素需要大电容器来存储“重置”值和“信号”值两者，例如，如在标题为“Pixel Array Capable of Performing Pipelined Global Shutter OperationIncluding a First and Second Buffer Amplifier”(包括第一和第二缓冲放大器在内的能够执行流水线式全局快门操作的像素阵列)的美国专利No.8,569,671中所述。遗憾的是，这些电容器在图像传感器上占用了不理想的大量空间。
因此期望能够提供具有需要较少或较小电容器的全局快门像素的成像设备。
实用新型内容
本实用新型解决的一个技术问题是改进全局快门像素。
根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器像素，包括：光敏元件，所述光敏元件响应于入射光而生成电荷；浮动扩散节点，所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件；有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述有源重置电路。
根据一个实施例，所述有源重置电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极；第二晶体管，所述第二晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及通过所述第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子；以及重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述第二晶体管的所述第二源极-漏极端子之间。
根据一个实施例，所述图像传感器像素还包括：预充电晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子通过所述预充电晶体管耦接到所述电压源；以及采样电路，所述采样电路插置在所述列感测线与所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子之间。
根据一个实施例，所述采样电路包括：PMOS采样晶体管；采样电容器，所述采样电容器具有第一端子和耦接到地的第二端子，所述第一端子通过所述采样晶体管耦接到所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子；以及放大器，所述放大器插置在所述采样电容器的所述第一端子与所述列感测线之间。
根据一个实施例，所述放大器包括：源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述采样电容器的所述第一端子的栅极端子，其中所述源极跟随器晶体管插置在所述电压源与所述列感测线之间；行选择晶体管，所述行选择晶体管插置在所述源极跟随器晶体管与所述列感测线之间；以及有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述采样电容器的所述第一端子。
根据本实用新型的一个方面，提供一种成像系统，包括：成像像素阵列，所述成像像素阵列被布置成行和列，其中所述成像像素阵列中的每个成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管响应于入射光来聚积电荷；转移晶体管，所述转移晶体管耦接到所述光电二极管；浮动扩散区，所述浮动扩散区通过所述转移晶体管耦接到所述光电二极管；反相放大器，所述反相放大器耦接到所述浮动扩散区；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述反相放大器。
根据一个实施例，所述成像像素阵列以全局快门模式操作，并且其中所述反相放大器包括：p-沟道增益晶体管，所述p-沟道增益晶体管具有耦接到所述浮动扩散区的栅极，其中所述p-沟道增益晶体管具有耦接到所述列感测线的第一源极-漏极端子；n-沟道负载晶体管，所述n-沟道负载晶体管插置在所述p-沟道增益晶体管的第二源极-漏极端子与地之间，其中所述n-沟道负载晶体管具有接收参考电压的栅极端子；以及重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散区与所述p-沟道增益晶体管之间。
根据一个实施例，所述成像系统还包括：抗光晕晶体管，所述抗光晕晶体管插置在所述光电二极管与电压源之间。
根据本实用新型的一个方面，提供一种成像系统，包括：成像像素阵列，所述成像像素阵列被布置成行和列，其中所述成像像素阵列中的每个像素包括：光敏元件，所述光敏元件响应于入射光子而生成电荷；存储区，所述存储区耦接到所述光敏元件；有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述存储区；采样电路，所述采样电路耦接到所述有源重置电路；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述采样电路。
根据一个实施例，所述有源重置电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接到所述存储区的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及耦接到地的第二源极-漏极端子；第二晶体管，所述第二晶体管插置在所述第一晶体管的所述第二源极-漏极端子与地之间，其中所述第二晶体管具有接收参考电压的栅极端子；以及重置晶体管，所述重置晶体管插置在所述存储区与所述第一晶体管之间。
本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的图像传感器像素和成像系统。
附图说明
图1为根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有图像传感器和处理电路以便使用图像像素阵列捕获图像。
图2为根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关读出电路的示意图。
图3为根据一个实施方案的图像传感器像素的电路图，该图像传感器像素使用读出的全局快门方法。
图4为根据一个实施方案的示例性图像传感器像素的电路图，该图像传感器像素使用读出的全局快门方法并且包括有源重置结构和改进采样电路。
图5为根据一个实施方案的示例性放大器的电路图，该放大器可用于图4的改进采样电路中。
具体实施方式
电子设备，例如，数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，所述图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，例如，将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数十万或数百万像素(如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(例如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，所述图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。
图1为示例性成像系统(例如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、移动电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、汽车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需成像系统或设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个镜头14以及一个或多个对应的图像传感器16。镜头14可包括固定镜头和/或可调镜头，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微镜头。在图像捕获操作期间，可通过镜头14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给存储和处理电路18的对应数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有镜头14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线和/或无线通信路径将经过处理的图像数据提供给外部设备(如，计算机、外部显示器或其他设备)。
如图2所示，图像传感器16可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路24。阵列20可包含例如几百或几千行以及几百或几千列图像传感器像素22。控制电路24可耦接至行控制电路26和图像读出电路28(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路26可从控制电路24接收行地址，并且通过行控制路径30将对应的行控制信号，例如，重置控制信号、行选择控制信号、电荷传输控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素22。可将一根或多根导线(例如，列线32)耦接至阵列20中的各列像素22。列线32可用于读出来自像素22的图像信号以及用于将偏置信号(如，偏置电流或偏置电压)提供给像素22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22生成的图像信号。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的一行或多行，并且可操纵像素控制信号以便以所需的操作模式对所选择的一行或多行中的像素进行操作。这种操作模式可涉及但可不限于对所选择的行中的像素进行有源重置，或将像素内的电荷或电压从一个节点转移到另一个节点。
图像读出电路28可通过列线32接收图像信号(如，由像素22生成的模拟像素值)。图像读出电路28可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟/数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的闩锁电路或者耦接至阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素22以及用于读出来自像素22的图像信号的其他电路。读出电路28中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路28可针对一个或多个像素列中的像素通过路径25将数字像素数据提供给控制和处理电路24和/或处理器18(图1)。
如果需要，图像像素22可包括一个或多个光敏区，以响应于图像光而生成电荷。图像像素22内的光敏区可成行成列地布置在阵列20上。图像阵列20可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个滤色器元件以允许单个图像传感器对不同颜色的光进行采样。例如，诸如阵列20中的图像像素的图像传感器像素可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的对应的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。拜耳马赛克图案由重复的2×2个图像像素的单元格组成，其中两个绿色图像像素沿对角线彼此相对，并且邻近与蓝色图像像素沿对角线相对的红色图像像素。在另一个合适的实例中，拜耳图案中的绿色像素被替换为具有宽带滤色器元件(例如，透明滤色器元件、黄色滤色器元件等)的宽带图像像素。这些实例仅仅是示例性的，并且一般来讲，可在任何所需数量的图像像素22上方形成任何所需颜色和任何所需图案的滤色器元件。
图3为图像传感器像素300的电路图，该图像传感器像素使用读出的全局快门方法。图像传感器像素300表示具有钉扎光电二极管310(Pd)的全局快门像素，其中钉扎光电二极管耦接到存储器节点302(本文有时称为存储节点)。在一些实施方案中，存储器节点302可为存储门或存储二极管。对于存储器节点302为存储门的实施方案而言，附加晶体管可任选地插置在存储器节点302与光电二极管310之间。对于存储器节点302为存储二极管的实施方案而言，附加晶体管可插置在存储器节点302与光电二极管310之间。使用控制信号PD_RES部分地激活抗光晕晶体管308，以便吸走聚积在光电二极管310上的暗电流。如果需要，可使用控制信号PD_RES完全地激活抗光晕晶体管308，以便重置光电二极管。通过使控制信号TX1生效，可对于所有像素同时将照射光(即，入射光)通过传感器阵列(例如，图2中的阵列20)中的光电二极管302生成的电荷全局转移到存储器节点302。然后通过使控制信号TX2生效，使得经由电荷转移晶体管306将电荷转移到浮动扩散(FD)节点314，从而以按顺序的方式逐行从存储器节点302读出电荷。浮动扩散节点314可具有用于存储电荷的浮动扩散电容316。光电二极管310和浮动扩散电容316可耦接到地318。转移到浮动扩散节点314的电荷导致该节点上的电位改变，并且该改变由源极跟随器晶体管320感测。源极跟随器晶体管320的源极-漏极端子经由行选择晶体管324连接到传感器阵列列感测线326，该传感器阵列列感测线将像素信号递送到阵列周边以用于进一步处理。使控制信号RS生效以激活行选择晶体管324，从而将像素信号转移到列感测线326。在完成电荷感测后，通过使控制信号RES生效，暂时地接通重置晶体管312，以便重置浮动扩散节点314，从而将供电电压VAA从电压源322转移到浮动扩散节点314。
然而，该类型的重置可导致该节点上生成kTC重置噪声。因此，可能必须使用CDS信号读出技术来使其对信号的有害影响最小化。CDS电荷检测方案由以下方式组成：在电荷转移之前读取浮动扩散节点314上的电位，然后在电荷转移之后再次读取浮动扩散节点314上的电位。然后通过位于阵列周边处的电路将这两个值彼此相减，从而产生没有kTC重置噪声的信号。
为了实现该概念，需要将像素区消耗存储器节点302并入到每个像素，使像素尺寸增大。这可能增加图像传感器的尺寸。像素300的另一个缺点是当用于背照式(BSI)应用时存储器节点302的遮光不足的问题。存储器节点302对光敏感，必须进行遮挡以便防止来自入射光的干涉所生成的噪声。然而，在BSI像素中，这种类型的遮挡不可行。使存储器节点302保持未遮挡状态可导致较差的像素快门效率。
图4为改进的全局快门像素400的电路图，该全局快门像素利用有源重置以便消除使用CDS读出技术的需要，从而消除电荷域存储器节点(例如，图3中的存储器节点302)的需要。全局快门像素400可为图像传感器中的像素阵列(例如，图2中的阵列22)的一部分。由于不存在存储器节点(例如，图3中的存储器节点302)，像素400的尺寸可比图3的像素300更小。图4的像素利用不同类别的重置技术，其中将具有负反馈的电压增益放大器直接集成到像素电路中。应当注意，图4的有源重置结构不限于全局快门像素，并且可用于多种类型的CMOS图像传感器阵列。
如图4中所示，光电二极管(PD)410可收集并积聚由从衬底背侧入射到图像传感器上的光子(即，光)生成的电子。含有像素400的阵列中的所有像素可同时通过使控制信号TX生效，经转移晶体管406将电荷从光电二极管410转移到浮动扩散(FD)节点414。所转移的电荷可存储在浮动扩散电容416上。光电二极管410和浮动扩散电容416可耦接到地418。在用转移晶体管406转移电荷之前，浮动扩散节点414可被重置到预定电压参考。可使用有源重置电路419完成浮动扩散重置，该有源重置电路包括PMOS源极跟随器晶体管420、NMOS晶体管432和重置晶体管412。NMOS晶体管432接收控制信号Vn-并产生恒定电流负载。PMOS源极跟随器晶体管420和NMOS晶体管432表示反相放大器。PMOS源极跟随器晶体管420的栅极可连接到浮动扩散节点414，并且通过使控制信号RST生效，经重置晶体管412将浮动扩散节点414上出现的任何重置电压误差反相、放大并反馈到浮动扩散节点414上。源极跟随器晶体管420的源极-漏极端子可通过重置晶体管412耦接到浮动扩散节点414，并且可通过NMOS晶体管432耦接到地418。重置晶体管412插置在反馈回路中以便补偿重置误差。浮动扩散节点414因此总是接近相同的预定参考电压被重置，其中极少或没有kTC重置噪声。在浮动扩散节点414的有源重置完成之后，可通过使控制信号Vn无效，断开有源重置电路419以去激活NMOS晶体管432，从而节省传感器功率。
PMOS源极跟随器晶体管420可使用空穴导电，而NMOS晶体管432可使用电子导电。PMOS源极跟随器晶体管420可为p-沟道增益晶体管，而NMOS晶体管432可为n-沟道负载晶体管。PMOS源极跟随器晶体管420可充当信号缓冲器。NMOS晶体管432可接收控制信号Vn，该控制信号可为部分地激活NMOS晶体管432的电压参考。
在像素400的信号读取操作期间，节点421可被设定为与浮动扩散节点414处的电压成比例的电压电平。预充电晶体管430可接收控制信号PRE，可使该控制信号生效，以便使用由电压源422提供的电压VAA对节点421进行预充电，或向420提供恒定电流偏置，具体取决于PRE处提供的电平。在一些实施方案中，预充电晶体管430可为电流源负载。可使用采样电路441对与节点421处的电压相对应的电荷进行采样。采样电路441可包括采样晶体管434、节点438、采样电容器436和放大器440。使用采样电路441采样的电荷在通过使控制信号SAMP生效而经采样晶体管434转移之后，可使用采样电容器436存储在节点438处。采样电容器436可耦接到地418。采样电容器436处的信号在传递到列感测线426之前，可使用放大器440放大。
采样晶体管434可为PMOS晶体管。通过将PMOS晶体管用作采样晶体管，包括采样晶体管434的结对光的敏感度降低，这实现了增强的全局快门效率。
抗光晕晶体管408可耦接在光电二极管410与电压源422之间。抗光晕晶体管408可与上文结合图3所述的抗光晕晶体管308类似的方式发挥功能。应当注意，抗光晕晶体管408为任选的，因为在将电荷从光电二极管410转移之后且在将相关信息转移到采样电容器436之前电荷仅在浮动扩散节点414上保持短时间。
放大器440可具有多种构型。如图5中所示，放大器440可包括源极跟随器晶体管520和行选择晶体管524。源极跟随器晶体管520可通过在其栅极处接收输入信号(例如，与图4中的采样电容器434处的电荷相对应的信号)来执行信号缓冲，并且可通过操纵由电压源522提供的电压VAA来在其源极-漏极端子处产生较大比例信号。行选择晶体管524可耦接在源极跟随器晶体管520的源极-漏极端子与列感测线(例如，图4中的列感测线426)之间。当使控制信号RS生效时，行选择晶体管524可将晶体管520产生的比例信号传递到列感测线。
另选地，放大器440还可包括有源采样电路，其在概念上类似于图4中的有源重置电路419。放大器440中包含有源采样电路可允许减小采样电容器436的尺寸。
已描述了各种实施方案，这些实施方案示出了使用具有采用了有源重置的全局快门像素的图像传感器像素阵列来生成图像的系统和方法。
成像系统可包括被布置成行和列的成像像素阵列。成像像素阵列中的每个像素可包括响应于入射光而生成电荷的光敏元件，通过转移晶体管耦接到光敏元件的浮动扩散区，耦接到浮动扩散节点的有源重置电路，耦接到有源重置电路的采样电路，以及耦接到采样电路的列感测线。抗光晕晶体管可耦接在光电二极管与电压源之间。有源重置电路可将浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平
有源重置电路可包括具有耦接到参考电压的栅极的NMOS晶体管(即，n-沟道负载晶体管)。有源重置电路还可包括PMOS晶体管(即，p-沟道增益晶体管)，该PMOS晶体管具有耦接到浮动扩散节点的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及通过NMOS晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子。有源重置电路还可包括重置晶体管，该重置晶体管耦接在浮动扩散节点与PMOS晶体管的第二源极-漏极端子之间。预充电或偏置晶体管可耦接在电压源与PMOS晶体管的第一源极-漏极端子之间。
采样电路可插置在PMOS晶体管的第一源极-漏极端子与列感测线之间。采样电路可包括采样晶体管、采样电容器和放大器，该采样电容器具有通过采样晶体管耦接到PMOS晶体管的第一源极-漏极端子的第一端子，且具有耦接到地的第二端子，并且该放大器插置在采样电容器的第一端子与列感测线之间。该采样晶体管可为PMOS采样晶体管。
该放大器可包括源极跟随器晶体管，其具有耦接到采样电容器的第一端子的栅极端子，其中该源极跟随器晶体管插置在电压源与列感测线之间；并且行选择晶体管插置在源极跟随器晶体管与列感测线之间。该放大器还可包括有源采样电路。在一些实施方案中，该源极跟随器晶体管可为NMOS源极跟随器晶体管。在一些实施方案中，该源极跟随器晶体管可为PMOS源极跟随器晶体管。
根据一个实施方案，提供了图像传感器像素，该图像传感器像素可包括响应于入射光而生成电荷的光敏元件，耦接到光敏元件的浮动扩散节点，耦接到浮动扩散节点且将浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平的有源重置电路，以及耦接到有源重置电路的列感测线
根据另一个实施方案，有源重置电路可包括第一晶体管、第二晶体管和重置晶体管，该第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极，该第二晶体管具有耦接到浮动扩散节点的栅极、耦接到电压源的第一源极-漏极端子以及通过第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子，并且该重置晶体管耦接在浮动扩散节点与第二晶体管的第二源极-漏极端子之间。
根据另一个实施方案，第一晶体管可为NMOS晶体管。
根据另一个实施方案，第二晶体管可为PMOS晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器像素可包括预充电晶体管。第二晶体管的第一源极-漏极端子可通过预充电晶体管耦接到电压源。
根据另一个实施方案，图像传感器像素可包括采样电路，该采样电路插置在列感测线与第二晶体管的第一源极-漏极端子之间。
根据另一个实施方案，采样电路可包括采样晶体管、采样电容器和放大器，该采样电容器具有通过采样晶体管耦接到第二晶体管的第一源极-漏极端子的第一端子，且具有耦接到地的第二端子，并且该放大器插置在采样电容器的第一端子与列感测线之间。
根据另一个实施方案，该采样晶体管可为PMOS采样晶体管。
根据另一个实施方案，该放大器可包括源极跟随器晶体管和行选择晶体管，该源极跟随器晶体管具有耦接到采样电容器的第一端子的栅极端子，并且该行选择晶体管插置在源极跟随器晶体管与列感测线之间。该源极跟随器晶体管可插置在电压源线与列感测线之间。
根据另一个实施方案，该放大器可包括耦接到采样电容器的第一端子的有源重置电路。
根据另一个实施方案，该源极跟随器晶体管可为PMOS源极跟随器晶体管。
根据另一个实施方案，该源极跟随器晶体管可为NMOS源极跟随器晶体管。
根据一个实施方案，成像系统可包括被布置成行和列的成像像素阵列。成像像素阵列中的每个成像像素可包括响应于入射光而聚积电荷的光电二极管，耦接到光电二极管的转移晶体管，通过转移晶体管耦接到光电二极管的浮动扩散区，耦接到浮动扩散区的反相放大器，以及耦接到反相放大器的列感测线。
根据另一个实施方案，成像像素阵列可以以全局快门模式操作，并且反相放大器可包括具有耦接到浮动扩散区的栅极的p-沟道增益晶体管，插置在p-沟道增益晶体管的第一源极-漏极端子与地之间的n-沟道负载晶体管，以及耦接在浮动扩散区与p-沟道增益晶体管之间的重置晶体管。p-沟道增益晶体管可具有耦接到列感测线的第二源极-漏极端子，并且n-沟道负载晶体管可具有接收参考电压的栅极端子
根据另一个实施方案，成像系统可包括插置在光电二极管与电压源之间的抗光晕晶体管。
根据一个实施方案，成像系统可包括被布置成行和列的成像像素阵列。成像像素阵列中的每个像素可包括响应于入射光子而生成电荷的光敏元件，耦接到光敏元件的存储区，耦接到存储区的有源重置电路，耦接到有源重置电路的采样电路，以及耦接到采样电路的列感测线。
根据另一个实施方案，有源重置电路可包括第一晶体管、第二晶体管和重置晶体管，该第一晶体管具有耦接到存储区的栅极、耦接到电压源的第一源极-漏极端子以及耦接到地的第二源极-漏极端子，该第二晶体管插置在第一晶体管的第二源极-漏极端子与地之间，并且该重置晶体管插置在存储区与第一晶体管之间。第二晶体管可包括接收参考电压的栅极端子。
根据另一个实施方案，采样电路可包括采样晶体管、采样电容器和放大器电路，该采样晶体管耦接到第一晶体管的第一源极-漏极端子，该采样电容器具有通过采样晶体管耦接到第一晶体管的第一端子，且具有耦接到地的第二端子，并且该放大器电路插置在采样电容器的第一端子与列感测线之间。
根据另一个实施方案，该放大器电路可包括源极跟随器晶体管和行选择晶体管，该源极跟随器晶体管插置在电压源与列感测线之间，且包括耦接到采样电容器的第一端子的栅极端子，并且该行选择晶体管插置在源极跟随器晶体管与列感测线之间。
根据另一个实施方案，该放大器电路可包括有源采样电路。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下进行多种修改。上述实施方案可单独地或以任意组合方式实施。

Claims (7)

1.一种图像传感器像素，包括：
光敏元件，所述光敏元件响应于入射光而生成电荷；
浮动扩散节点，所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件；
有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平；以及
列感测线，所述列感测线耦接到所述有源重置电路。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述有源重置电路包括：
第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极；
第二晶体管，所述第二晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及通过所述第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子；以及
重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述第二晶体管的所述第二源极-漏极端子之间。
3.根据权利要求2所述的图像传感器像素，还包括：
预充电晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子通过所述预充电晶体管耦接到所述电压源；以及
采样电路，所述采样电路插置在所述列感测线与所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子之间。
4.根据权利要求3所述的图像传感器像素，其中所述采样电路包括：
PMOS采样晶体管；
采样电容器，所述采样电容器具有第一端子和耦接到地的第二端子，所述第一端子通过所述采样晶体管耦接到所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子；以及
放大器，所述放大器插置在所述采样电容器的所述第一端子与所述列感测线之间。
5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其中所述放大器包括：
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述采样电容器的所述第一端子的栅极端子，其中所述源极跟随器晶体管插置在所述电压源与所述列感测线之间；
行选择晶体管，所述行选择晶体管插置在所述源极跟随器晶体管与所述列感测线之间；以及
有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述采样电容器的所述第一端子。
6.一种成像系统，包括：
成像像素阵列，所述成像像素阵列被布置成行和列，其中所述成像像素阵列中的每个像素包括：
光敏元件，所述光敏元件响应于入射光子而生成电荷；
存储区，所述存储区耦接到所述光敏元件；
有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述存储区；
采样电路，所述采样电路耦接到所述有源重置电路；以及
列感测线，所述列感测线耦接到所述采样电路。
7.根据权利要求6所述的成像系统，其中所述有源重置电路包括：
第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接到所述存储区的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及耦接到地的第二源极-漏极端子；
第二晶体管，所述第二晶体管插置在所述第一晶体管的所述第二源极-漏极端子与地之间，其中所述第二晶体管具有接收参考电压的栅极端子；以及
重置晶体管，所述重置晶体管插置在所述存储区与所述第一晶体管之间。
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