用于隨機數產生的設備、方法和系統(tǒng)及圖像傳感器的制造方法

文檔序號：7780105閱讀：315來源：國知局

用于隨機數產生的設備、方法和系統(tǒng)及圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于隨機數產生的設備、方法和系統(tǒng)及圖像傳感器。本發(fā)明涉及用于產生隨機數的技術及機制。在實施例中，從包含第一源極跟隨器晶體管的第一單元接收第一信號。電路邏輯檢測所述第一信號的脈沖，且響應于所述脈沖而產生指示對所述第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測。在另一實施例中，響應于所述所指示的對所述第一隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第一計數更新。所述第一計數更新是用于產生與多個隨機電報噪聲事件對應的數的一個基礎。
【專利說明】用于隨機數產生的設備、方法和系統(tǒng)及圖像傳感器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及電子裝置，且更特定來說（但不僅僅），涉及隨機數的產生。

【背景技術】
[0002] 隨機數產生器（其理想上產生一些不可預知的結果）在包含網絡、統(tǒng)計及計算建模的很多種應用中有用。在計算機網絡、近場通信及其它通信中，安全數據加密/解密常常取決于基于隨機數產生的密鑰。
[0003] 偽隨機數常常在隨機性要求相對低的應用中用作替代。許多計算機編程語言包含宣稱為隨機數產生器的函數或庫例行程序。它們通常經設計以提供偽隨機字節(jié)或字，或均勻地分布在零（0)與一（1)之間的浮點數。此庫函數經常具有差的統(tǒng)計性質，且一些在數以萬計的嘗試后才重復模式。
[0004] 隨著對于計算機網絡及其他類型的通信來說安全風險的數目及種類的增加，對于高度不可預知的數產生的需要增加。而且，隨著相繼更小，更節(jié)能的裝置繼續(xù)結合較寬范圍的處理功能性及/或通信功能性，對于此些裝置支持更好的隨機數產生的需求也在不斷增力口。不幸的是，對于復雜性、速度、大小及功率中的一者或一者以上，用于真隨機數產生的常規(guī)機制通常是無效的。

【發(fā)明內容】

[0005] 在一方面，本發(fā)明包含一種設備，其包括：一個或一個以上單元，其各自包含相應源極跟隨器晶體管，其中所述一個或一個以上單元中的第一單元包含第一源極跟隨器晶體管；檢測器模塊，其耦合到所述一個或一個以上單元，所述檢測器模塊包含電路邏輯以從所述第一單元接收第一信號，且響應于所述第一信號的脈沖而指示對所述第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；及計數器模塊，其耦合到所述檢測器模塊，所述計數器模塊包含電路邏輯以響應于對所述第一隨機電報噪聲事件的所述所指示檢測而執(zhí)行第一計數更新且基于所述第一計數更新而傳達對應于多個隨機電報噪聲事件的數。
[0006] 在另一方面，本發(fā)明包含一種方法，其包括：從一個或一個以上單元中的第一單元接收第一信號，所述一個或一個以上單元各自包含相應源極跟隨器晶體管；響應于所述第一信號的脈沖而指示對所述第一單元的第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；響應于對所述第一隨機電報噪聲事件的所述所指示檢測而執(zhí)行第一計數更新；及基于所述第一計數更新而傳達對應于多個隨機電報噪聲事件的數。
[0007] 在另一方面，本發(fā)明包含一種圖像傳感器，其包括：包含一個或一個以上像素單元的像素陣列，所述像素單元各自包括相應源極跟隨器晶體管，其中所述一個或一個以上像素單元中的第一像素單元包含第一源極跟隨器晶體管；檢測器模塊，其耦合到所述一個或一個以上像素單元，所述檢測器模塊包含電路邏輯以從所述第一像素單元接收第一信號且響應于所述第一信號的脈沖而指示對所述第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；及計數器模塊，其耦合到所述檢測器模塊，所述計數器模塊包含電路邏輯以響應于對所述第一隨機電報噪聲事件的所述所指示檢測而執(zhí)行第一計數更新且基于所述第一計數更新而傳達對應于多個隨機電報噪聲事件的數。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 在附圖的各圖中通過實例而不是以限制意義來說明本發(fā)明的各種實施例，在圖中：
[0009] 圖1是說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)的元件的框圖。
[0010] 圖2是說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)的元件的框圖。
[0011] 圖3是說明根據實施例的用于產生隨機數的方法的元件的流程圖。
[0012] 圖4是說明根據實施例的待用于產生隨機數的信號的元件的時序圖。
[0013] 圖5是說明根據實施例的用于檢測隨機電報信號噪聲事件的電路的元件的電路圖。
[0014] 圖6是說明根據實施例的包含用于產生隨機數的電路的成像系統(tǒng)的元件的框圖。
[0015] 圖7是說明根據實施例的提供用于產生隨機數的信號的像素陣列的元件的電路圖。
[0016] 圖8是說明根據實施例的包含用于產生隨機數的電路的成像系統(tǒng)的元件的框圖。 [0017] 圖9是說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)的元件的框圖。

【具體實施方式】
[0018] 本文論述的實施例基于一個或一個以上源極跟隨器晶體管中的隨機電報信號 (RTS)噪聲不同地提供隨機數產生。RTS噪聲（也被稱為突發(fā)噪聲）是例如圖像傳感器等裝置中常見的隨機現象。RTS噪聲事件可包含或引致電流或電壓的波動（本文中稱作脈沖）的離散周期。對于給定源極跟隨器晶體管，此些脈沖可大致為相同量級，盡管它們可在（例如）持續(xù)時間方面不同。
[0019] RTS噪聲事件可包含源極跟隨器晶體管中氧化物阱的隨機填充和放空，其中此些氧化物阱的數目可為隨機的，及/或源極跟隨器晶體管中的此些氧化物阱的相應位置可為隨機的。因此，在某些實施例中，此些RTS噪聲事件可為用于有效地產生真隨機數的基礎。舉例來說，各種實施例包含對一個或一個以上源極跟隨器晶體管中的RTS噪聲事件進行檢測（例如，在預定取樣時間之內），及基于此些RTS噪聲事件執(zhí)行計數以產生隨機數。
[0020] 圖1說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)100的元件。系統(tǒng)100可包含各種平臺中的任一者，所述平臺包含但不限于臺式計算機、膝上型計算機、服務器、手持裝置 (例如，智能手機、PC平板計算機、掌上型計算機等）、視頻游戲控制臺、數字錄像機、光碟機播放器、數字視頻光盤播放器、機頂盒等。在另一實施例中，系統(tǒng)100提供作為此平臺的外圍裝置而操作的功能性。在又一實施例中，系統(tǒng)100是或結合到智能標簽、表袋（例如用于無鍵輸入的）、智能卡或包含用于無線地傳送信息的構件的各種其它裝置中的任一者。
[0021] 系統(tǒng)100可包含電路的一個或一個以上單元，所述單元每一者包括相應源極跟隨器晶體管，例如，由包括源極跟隨器晶體管Tsf的說明性單元110表示。在實施例中，單元 110是像素單元，例如用于圖像傳感器的像素陣列的像素單元。舉例來說，Tsf可耦合在供應電壓VDD與位線115之間，用于提供單元110的輸出信號，其中Tsf的柵極端子耦合到單元110的光電二極管（未展示）。在單元110的一種操作模式中，Tsf可基于所述光電二極管中累積的電荷量而激活。此Tsf激活可致使單元110在位線115上輸出信號，所述信號表示所述光電二極管捕獲的圖像信息。
[0022] 為了避免模糊各種實施例的某些特征，在本文中參考一個或一個以上像素單元中的RTS噪聲事件來論述隨機數的產生。然而，此論述可擴展到額外或替代地應用到各種其它電路（單元）（每一者包含源極跟隨器晶體管）群組的任一者中的RTS噪聲事件。盡管單元110可包含具有圖像捕獲功能性的電路，但在某些實施例中，系統(tǒng)100可不包含任何其它電路來支持此圖像捕獲功能性。
[0023] 源極跟隨器晶體管Tsf (也稱為共漏放大器）可經耦合以直接或間接提供信號到系統(tǒng)100的檢測器模塊120。在實施例中，Tsf可在單元110的至少第一模式中在單元110 外面的電路（例如包含檢測器模塊120的電路）與單元110中的一個或一個以上其它電路元件（未展示）之間起電壓緩沖器的作用。系統(tǒng)100可包含在單元110內或耦合到單元 110的電路（未展示），以使單元110在包含此第一模式的多個模式之間不同地轉變。舉例來說，系統(tǒng)100可包括控制邏輯以在用于基于來自單元110的信號而產生隨機數的模式與用于基于來自單元110的另一信號而確定一些其它信息（例如，圖像信息）的另一模式之間轉變。在替代實施例中，系統(tǒng)100僅在單一模式下操作而產生隨機數。
[0024] Tsf可包含氧化物阱，舉例來說，其位于柵極氧化物的體積中。隨著時間的過去，此些氧化物阱可不同地截獲和釋放電荷載體。盡管在Tsf內此些截獲（或釋放）事件的計時是隨機的，但它們對從Tsf輸出的信號可能具有類似效果。此些截獲/釋放事件（簡單來說在本文中稱作RTS噪聲事件）可引起具有電壓（或電流）的電平的大體上相同的變化的信號脈沖。歸因于Tsf中的RTS噪聲事件的位線115上的信號脈沖可各自具有（例如）大約250 μ V的量級。然而，此脈沖量級可取決于Tsf的通道尺寸及電特性，且可不限于某些實施例。
[0025] 檢測器模塊120可包含用以檢測Tsf中的RTS噪聲事件的電路。通過說明而不是限制，單元110可在某一時間點處在一模式下，用于經由位線115提供具有基線電平的電壓 (或電流）的信號，其中所述信號相對于此基線電平的變化是響應于Tsf中的RTS噪聲事件。檢測器模塊120可包含模/數轉換器（ADC)或其它電路以在單元110的此模式期間產生輸出信號，來響應于位線115的（在一個或一個以上方面）從所述基線發(fā)生了足夠大的變化的信號。
[0026] 舉例來說，檢測器模塊120可提供輸出信號到系統(tǒng)100的計數器模塊130,所述輸出信號響應于來自單元110的信號的一個或一個以上脈沖特性而在二元邏輯狀態(tài)之間轉變。此些脈沖特性可包含（舉例來說）隨著時間過去信號脈沖的持續(xù)時間、從基線（電壓或電流）電平脈沖的變化量、從基線電平脈沖的變化率、連續(xù)不斷的脈沖的持續(xù)時間及/或多個額外或替代脈沖特性中的任一者。檢測器模塊120所響應的特定脈沖特性及/或此些特性的特定值可以是實施方案特有的，例如，取決于與Tsf所屬的晶體管類型相關聯(lián)的RTS 噪聲特性。
[0027] 計數器模塊130可包含或耦合到多個計數位135,以用于不同地存儲二進制值，所述二進制值在某一時間點一起作為與系統(tǒng)110的一個或一個以上單元的經取樣隨機電報噪聲事件對應的數140而提供。計數器模塊130可通過檢測器模塊120觸發(fā)以執(zhí)行對某一計數的更新（本文中這被稱作計數更新），計數器模塊130維持有計數位135中的一些或全部。舉例來說，計數更新可更新一計數，計數器模塊130還可響應于系統(tǒng)100的另一單元 (未展示）中的RTS噪聲事件而更新所述計數。計數更新可致使計數位135中的一些或全部遞增計數、遞減計數、滾動計數轉到某一初始值（例如零）等等。
[0028] 在實施例中，單元110僅通過計數位135的子集影響計數。替代地或另外，系統(tǒng) 110的另一單元（未展示）可被限制于僅通過計數位135的不同子集影響計數。舉例來說，單元110的RTS噪聲事件可引起對計數位135的僅單一位的計數更新，其中一些其它單元的RTS噪聲事件可引起計數位135的僅不同的單一位的計數更新。因此，計數位135的不同位可各自專用于不同的相應單元或不同的相應多個單元。
[0029] 系統(tǒng)100可包含額外電路（例如，在計數器模塊130或別的地方）以重置計數位 135中的一些或全部到基線值。此重置可為取樣周期做準備，在所述取樣周期期間計數位 135基于系統(tǒng)100的一個或一個以上單元的RTS噪聲事件而維持一計數或若干計數。替代地或另外，此額外電路可用以識別取樣周期的開始時間、取樣周期的總持續(xù)時間、取樣周期的剩余部分等等。在實施例中，此額外電路可結合到系統(tǒng)100的控制邏輯（未展示）中，用于控制計數器模塊130、檢測器模塊120及/或單元110。
[0030] 圖2說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)200的元件。舉例來說，系統(tǒng)200 可包含系統(tǒng)100的特征中的一些或全部。系統(tǒng)200包括單元210a，...，210η，所述單元 210a，...，210η分別包括源極跟隨器晶體管Tsa，...，Tsn。單元210a，...，210η中的一些或全部可布置成行、列或其它陣列。在實施例中，單元210a，...，210η中的一者或一者以上各自提供例如單元110的功能性等功能性。
[0031] 通過說明而不是限制，源極跟隨器晶體管Tsa，. . .，Tsn可不同地耦合在供應電壓 VDD 與相應位線 215a，· · ·，215n 之間。單元 210a，· · ·，210n、VDD 及位線 215a，· · ·，215n 彼此之間的配置僅僅為說明性的，且不限于某些實施例。系統(tǒng)200可進一步包括檢測器模塊 220以經由位線215a，...，215n接收相應信號，且基于此些信號以檢測Tsa，...，Tsn中的一些或全部中的RTS噪聲事件。
[0032] 檢測器模塊220可包含相應ADC電路22a，...，225n，其各自用于位線215a，...， 215η中的相應者。響應于經由位線215a，...，215η接收到的信號的脈沖，ADC電路 225a，. . .，225n可提供相應輸出信號，其不同地指示Tsa，. . .，Tsn中的RTS噪聲事件。此些輸出信號可提供到系統(tǒng)200的計數器模塊230,例如，其中檢測器模塊220及計數器模塊 230的功能性分別對應于檢測器模塊120及計數器模塊130的功能性。在所展示的說明性實施例中，ADC電路225a，...，225n的相應輸出綁定在一起以提供此些輸出的邏輯或，作為計數器模塊230的單一輸入。然而，在替代實施例中，ADC電路225a，...，225n的相應輸出中的一些或全部可作為不同的輸入而提供到計數器模塊230。在另一實施例中，單元 210a，...，210n中的一些或全部經由共同位線而耦合到檢測器模塊220,例如，其中此些單元可通過控制邏輯不同地進行選擇以在不同時間輸出相應信號到所述共同位線。
[0033] 計數器模塊230可包含或耦合到計數位b0, ...，bx，所述計數位基于檢測器模塊 220不同地指示Tsa，. . .，Tsn中的RTS噪聲事件而存儲計數位值。計數器模塊230可用計數位b0，. ..，bx維持一個或一個以上計數，其中包含響應于檢測器模塊220不同地指示RTS 噪聲事件的檢測而對此一個或一個以上計數執(zhí)行更新。
[0034] 在實施例中，Tsa(或任何其它或Tsa，. . .，Tsn)包含有助于通過檢測器模塊220 對RTS噪聲事件進行檢測的一個或一個以上材料、尺寸、電參數及/或其它特性。舉例來說，歸因于RTS噪聲事件的由單元210a輸出的信號脈沖可滿足某一最小閾值量級。替代地或另外，Tsa的一個或一個以上尺寸可小到足以將RTS脈沖容易地與單元210a所產生的熱噪聲或其它背景噪聲中區(qū)別開來。此些尺寸可包含（舉例來說）通道寬度、通道長度、柵極絕緣體厚度等等。通過說明而不是限制，Tsa，...，Tsn中的一些或全部可各自包括具有大體上為5.0納米（nm)或更小的厚度的柵極絕緣體。然而，根據實施特定細節(jié)，有助于區(qū)別出 RTS脈沖的Tsa (或任何其它或Tsa，...，Tsn)的特定特性可跨越不同的實施例而不同。
[0035] 此源極跟隨器晶體管可（舉例來說）易于產生影響耦合到晶體管的柵極的浮動擴散節(jié)點的重置狀態(tài)和所述晶體管的信號狀態(tài)中的一者或兩者的RTS脈沖。因此，在圖像傳感器應用中（舉例來說）通常被指示為亮度圖像像素中的電平移動的RTS噪聲事件可根據不同實施例通過調適像素讀取邏輯的相關雙取樣電路及/或ADC電路來進行檢測。舉例來說，對于在250uV的范圍內（完全在300到500mV的正常晶體管閾值電壓之下）的RTS噪聲事件，此檢測可發(fā)生。
[0036] 在實施例中，系統(tǒng)200可被置于用于產生隨機數的模式下。舉例來說，單元 210a，...，210n可經配置以提供基線信號，所述基線信號易于被Tsa，...，Tsn的相應者中的RTS噪聲事件不同地擾動。此配置可包含（舉例來說）降低到單元210a，...，210n中的一些或全部的供應電壓（例如VDD)的電平。替代地或另外，此配置可包含激活開關電路 (例如包含于或耦合到單元210a，...，210η)以不同地選擇單元210a，...，210η，用于提供相應基線信號。通過說明而不是限制，配置單元210a，...，210η以有助于隨機數的產生可包含將Tsa，...，Tsn的柵極端子各自設置為接地或某一其它參考電勢。
[0037] 在實施例中，計數器模塊230包含計時器邏輯235以基于來自檢測器模塊220的信令而確定用于執(zhí)行計數的開始時間及/或終止時間。通過說明而不是限制，計時器邏輯 235可實施時間窗（例如，大約5ns)，用于對檢測器模塊220檢測到的RTS噪聲事件進行技術。根據實施特定細節(jié)，此時間窗的特定持續(xù)時間可跨越不同的實施例而不同。計時器邏輯 235可包含電路以識別計數之間的間隔，個別計數的持續(xù)時間、用于當前計數的剩余時間及 /或用于計數的計時的各種額外或替代值中的任一者。此些值可硬連接在計時器邏輯235 中、由系統(tǒng)200的控制邏輯（未展示）（其可耦合到計時器邏輯235)預定義、在系統(tǒng)200的操作期間通過此控制邏輯動態(tài)地更新等。在實施例中，計時器邏輯235檢測計數周期的結束，且至少部分基于此檢測，發(fā)信號通知基于用位b0, ...，bx進行的計數的數240將被計數器模塊230輸出。
[0038] 圖3說明根據實施例的用于產生隨機數的方法300的元件。舉例來說，方法300 可用包含系統(tǒng)100的特征中的一些或全部的電路來執(zhí)行。在實施例中，方法300完全通過經耦合以從一個或一個以上單元（例如，系統(tǒng)100的那些單元）接收信號的電路來執(zhí)行，例如，其中此電路包含檢測器模塊120及計數器模塊130,但也不包括此些一個或一個以上單 J Li 〇
[0039] 在實施例中，方法300包含（在310處）從一個或一個以上單元的第一單元接收第一信號，所述一個或一個以上單元各自包含相應源極跟隨器晶體管。所述第一單元可包含第一源極晶體管，其將用作RTS噪聲事件的源。所述第一源極跟隨器晶體管可包含有助于對此些RTS噪聲事件進行檢測的一個或一個以上特性。通過說明而不是限制，所述第一源極跟隨器晶體管的通道可具有一面積，例如等于所述通道的長度與所述通道的寬度的乘積的橫截面面積，其小于或等于一微米。如本文所論述，各種額外或替代源極跟隨器晶體管特性中的任一者可有助于對RTS噪聲事件的檢測。
[0040] 在320處，方法300可包含響應于所述第一信號的脈沖而指示在第一源極跟隨器晶體管中檢測到第一隨機電報噪聲事件。舉例來說，在320處的所述指示可響應于所述脈沖超過閾值電壓電平、電流電平、變化率、持續(xù)時間等。在實施例中，所述一個或一個以上單元可進一步包括包含第二源極跟隨器晶體管的第二單元。在此實施例中，方法300可進一步包括（例如響應于所述第二信號的脈沖）電路邏輯指示在第二源極跟隨器晶體管中檢測到第二隨機電報噪聲事件。
[0041] 方法300可進一步包含（在330處）響應于所指示的對所述第一隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第一計數更新。基于在330處執(zhí)行的第一計數更新，方法300可進一步包括（在340處）傳達與多個隨機電報噪聲事件對應的數。在也指示了第二源極跟隨器晶體管中的第二隨機電報噪聲事件的情況下，方法300可進一步包含執(zhí)行第二計數更新，其中在340處所述數的傳達是進一步基于所述第二計數更新。舉例來說，第一計數可通過所述第一計數更新及所述第二計數更新兩者而更新。另外，一個計數可通過所述第一計數更新而更新，其中某一其它第二計數是通過所述第二計數更新而更新。在實施例中，所述第一計數更新改變用僅單一計數位存儲的計數的值。
[0042] 在實施例中，方法300可進一步包括一個或一個以上操作（未展示），所述操作使設備（或系統(tǒng)）在多個模式之間轉變。所述設備可包含或耦合到一個或一個以上單元。所述模式可包含（舉例來說）用于所述設備或系統(tǒng)產生與多個隨機電報噪聲事件對應的數的第一模式。通過說明而不是限制，在此些模式之間的轉變可包括將所述設備轉變到所述第一模式，其中包含降低用于第一源極跟隨器晶體管的供應電壓的電平。替代地或另外，將所述設備轉變到第一模式可包含將所述第一源極跟隨器晶體管的柵極端子轉變到接地或某一其它參考電壓。在實施例中，所述多個模式進一步包括第二模式，（舉例來說）其用于所述設備用所述一個或一個以上單元捕獲圖像。
[0043] 圖4展示說明根據實施例的待用于產生隨機數的信號的元件的時序圖400。舉例來說，在時序圖400中展示的信號可經由位線115及位線215a，...，215n中的任一者進行傳達。在實施例中，檢測器模塊120是用于基于此信號而對RTS噪聲事件進行檢測。舉例來說，時序圖400中基于所述信號對RTS噪聲事件的檢測可用方法300的一個或一個以上操作來執(zhí)行。
[0044] 時序圖400包含時間軸420及用于電流信號的軸410,所述電流信號是當單元處于有助于產生隨機數的模式下時由所述單元輸出。在圖4中展示的說明性場景中，所述單元輸出具有在47. 995微安或稍微高于47. 995微安的基線的電流信號。隨著時間的過去，歸因于所述單元的源極跟隨器晶體管中的RTS噪聲事件，此基線電流電平受到擾動。此些擾動在時序圖400中通過說明性脈沖430表示，所述脈沖在此實例中可到達到或超過48. 005 微安。用于時序圖400中的脈沖430的基線電流值及各種電流值僅僅是說明性的，且不限于某些實施例。
[0045] 實施例不同地提供檢測邏輯（例如，在檢測器模塊120中）以不同地發(fā)信號通知 RTS噪聲事件各自響應于脈沖430中的相應一者的檢測。通過說明而不是限制，此檢測邏輯可至少部分基于脈沖430中的一者超過閾值電流（例如說明性的48. 005微安）而發(fā)信號通知RTS噪聲事件的檢測。RTS噪聲事件可在一個或一個以上源極跟隨器晶體管中發(fā)生，所述源極跟隨器晶體管各自（在一個或一個以上方面）小到足以使此些脈沖430易于被檢測邏輯識別出。在實施例中，一種此類源極跟隨器晶體管具有在一（1)平方微米或低于一 (1)平方微米的通道面積。替代地或另外，所述源極跟隨器可具有大約5. Onm或更小的柵極氧化物厚度。然而，此些尺寸中的一些或全部對于不同的實施例可不同，取決于實施特定細節(jié)。
[0046] 在實施例中，源極跟隨器晶體管可被置于操作狀態(tài)下，例如，包含特定柵極端子電壓、供應電壓、偏壓等，以有助于將脈沖430與基線信號區(qū)別開來。通過說明而不是限制，相較于當源極跟隨器晶體管被用于例如圖像感測等其它操作時，源極跟隨器晶體管的漏極端子可具有相對低的供應電壓電平，例如，VDD設置到0. 2V。
[0047] 圖5是說明根據實施例的用于檢測RTS噪聲事件的檢測器電路500的元件的功能框圖。檢測器電路500表示檢測器模塊120的一個可能的實施方案，例如，其中檢測器電路 500是圖像傳感器裝置中的至少部分信號讀取與處理電路。應明白，檢測器電路500僅表示可（舉例來說）對于來自圖像傳感器的像素陣列的每一位線重復的電路的一個例子。
[0048] 檢測器電路500的所說明實施例包含列放大器551以及取樣及轉換電路532。取樣及轉換電路532的所說明實施例包含取樣開關505、取樣電容器552及列ADC554,其中控制邏輯（未展示）向檢測器電路500提供控制信號S1來控制位線開關505。在一個實施例中，取樣及轉換電路532能夠進行相關雙取樣。在這些實施例中，取樣及轉換電路532可包含額外取樣開關及取樣電容器（未說明）以保持黑參考信號以及經取樣的噪聲信號，用于檢測單一脈沖事件。
[0049] 在取樣周期期間，列放大器551可放大來自像素單元（未展示）的模擬信號，且取樣開關505可通過斷言控制信號S1而為閉路的，從而將來自像素單元的經放大的模擬信號奉禹合到取樣電容器552。在將來自像素單兀的信號取樣到取樣電容器552上后，取樣開關 505可經由解除斷言控制信號S1而開路。在隨后的轉換周期期間，來自像素單元的經取樣的信號（保持在取樣電容器552中）可通過ADC554與參考信號553相比較。舉例來說，參考信號553可包含或否則對應于電壓（或電流）的閾值電平，以用于將脈沖430與來自源極跟隨器晶體管的其它信號噪聲（例如環(huán)境熱噪聲）區(qū)別開來。一旦ADC554完成模/數轉換，RTS噪聲事件的所得指示542可從檢測器電路500傳送到計數器邏輯（未展示），以用于基于指示542而產生隨機數。
[0050] 圖6說明根據實施例的成像系統(tǒng)600的元件。成像系統(tǒng)600可包含光學元件 601 (例如，折射、衍射及/或反射光學元件的各種組合中的任一者）及耦合到所述光學元件的圖像傳感器602。在實施例中，光學元件601可將圖像聚焦到圖像傳感器602的像素陣列604中的像素上。像素陣列604可捕獲所述圖像以供成像系統(tǒng)600的其它電路進行處理，例如，產生表示所述圖像的像素數據。
[0051] 圖像傳感器602可包括（舉例來說）像素陣列604及耦合到所述像素陣列的信號讀取與處理電路610。在一個實施例中，圖像傳感器602是包含像素陣列604的背側照明 (BSI)的圖像傳感器，所述像素陣列具有布置成行606和列608的多個像素?；蛘?，圖像傳感器602可為前側照明（FSI)的圖像傳感器或結合BSI與FSI的圖像傳感器。在一個實施例中，像素陣列604中的一個或一個以上像素可包含如圖7中展示的布置。額外地或替代，像素陣列604中的一個或一個以上像素可包含本文中論述的各種其它像素結構布置中的任一者。像素陣列604僅為說明性的，且不對某些實施例有限制性。作為說明而不是限制，像素陣列604可具有各種額外或替代性行及/或列中的任一者。
[0052] 在操作像素陣列604以捕獲圖像期間，在某一曝光周期期間像素陣列604中的像素可捕獲入射光（即，光子），且將收集到的光子轉換為電荷。通過此些像素中的一者產生的電荷可作為模擬信號讀出，例如，其中所述模擬信號的特性（例如其電荷、電壓或電流）可表示在曝光周期期間入射在此像素上的光的強度。
[0053] 此外，在不同的實施例中，像素陣列604可包含彩色圖像傳感器（例如，包含經設計以捕獲光譜的可見部分中的圖像的紅色、綠色及藍色像素）、黑白圖像傳感器及/或經設計以捕獲光譜的不可見部分（例如紅外線或紫外線）中的圖像的圖像傳感器。
[0054] 圖像傳感器602可包含信號讀取與處理電路610。除了別的之外，電路610還可包含從每一像素有系統(tǒng)地讀取模擬信號、對此些信號濾波、糾正有缺陷的像素等等的電路及邏輯。在電路610僅執(zhí)行一些讀取及處理功能的實施例中，剩余的功能可通過一個或一個以上其它組件（例如成像系統(tǒng)600的信號調整器612或數字信號處理器（DSP) 616)來執(zhí) 行。盡管展示為與像素陣列604分離的元件，但在一些實施例中，讀取與處理電路610可與像素陣列604集成在同一襯底上，或可包括嵌入在像素陣列內的電路及邏輯。然而，在其它實施例中，讀取與處理電路610可為在像素陣列604之外的元件。在又其它實施例中，讀取與處理電路610可為不僅在像素陣列604之外而且在圖像傳感器602之外的元件。
[0055] 成像系統(tǒng)600可包含信號調整器612 (例如耦合到圖像傳感器602)以接收及調整來自像素陣列604及/或讀取與處理電路610的模擬信號。在不同的實施例中，信號調整器612可包含用于調整模擬信號的各種組件?？梢娪谛盘栒{整器612中的組件的實例包含濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控制等。在信號調整器612僅包含這些元件中的一些且僅執(zhí)行一些調整功能的實施例中，剩余功能可通過一個或一個以上其它組件（例如電路 610或DSP616)來執(zhí)行。在實施例中，模/數轉換器（ADC)614可耦合到信號調整器612以接收經調整的模擬信號（例如，來自信號調整器612的對應于像素陣列604中的每一像素的經調整信號），且將這些模擬信號轉換成數字值。
[0056] 成像系統(tǒng)600可包含DSP616(例如，耦合到模/數轉換器614)以從ADC614接收經數字化的像素數據且處理所述數字數據以產生最終的數字圖像。DSP616可（舉例來說）包含處理器及內部存儲器（未展示），其中所述內部存儲器可存儲及檢索數據。在圖像被 DSP616處理之后，其可輸出到存儲單元618 (例如，快閃存儲器或光學或磁存儲單元）及顯示單元620 (例如LCD屏幕）中的一者或兩者。
[0057] 成像系統(tǒng)600可包含或耦合到用于產生隨機數的電路（例如，系統(tǒng)100的電路）。此電路可不同地位于（舉例來說）信號讀取與處理電路610、信號調整器612、模/數轉換器614中的一者或一者以上中，但某些實施例不限于此。在實施例中，成像系統(tǒng)600可在包含用于產生圖像信息的模式及用于產生隨機數的模式的多個模式之間進行轉變。
[0058] 圖7是說明根據實施例的在像素陣列內的兩個四晶體管（"4T"）像素的像素電路 700的電路圖。像素電路700可包含一個或一個以上像素，所述像素各自包含單元110的特征中的一些或全部（舉例來說）。應理解，本文描述的實施例不限于4T像素構架；而是，獲益于本發(fā)明的所屬領域的普通技術人員將理解本教示還可適用于3Τ設計、5Τ設計及各種其它像素構架。
[0059] 在圖7中，像素 Pa及Pb布置成兩行及一列。每一像素電路700的所說明實施例包含光電二極管ro、轉移晶體管T1、重置晶體管T2、源極跟隨器（"SF"）晶體管T3及選擇晶體管T4。在操作期間，轉移晶體管T1可接收轉移信號TX，其將光電二極管ro中累積的電荷轉移到浮動擴散節(jié)點FD。在一個實施例中，浮動擴散節(jié)點FD可耦合到用于暫時存儲圖像電荷的存儲電容器（未展示）。
[0060] 重置晶體管T2可耦合在電源軌VDD與浮動擴散節(jié)點FD之間以在重置信號RST的控制之下重置像素（例如，對FD及ro放電或充電到預設電壓）。浮動擴散節(jié)點FD可經耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3可耦合在電源軌VDD與選擇晶體管T4之間。 SF晶體管T3可作為提供到浮動擴散FD的高阻抗連接的源極跟隨器而操作。最后，選擇晶體管T4可在選擇信號SEL的控制之下選擇性地將像素電路700的輸出耦合到讀出列線。
[0061] 在一個實施例中，舉例來說，TX信號、RST信號及SEL信號由信號讀取與處理電路 610產生。在像素電路700作為具有全域快門的圖像傳感器陣列而操作的實施例中，所述全域快門信號可耦合到整個圖像傳感器陣列中的每一轉移晶體管T1的柵極，例如，為了從每一像素的光電二極管ro同時開始電荷轉移。另外，滾動快門信號可應用于轉移晶體管T1 的群。
[0062] 圖8說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)800的元件。舉例來說，系統(tǒng)800 可包含系統(tǒng)100的特征中的一些或全部。系統(tǒng)800包含像素陣列805 (例如像素陣列604)，所述像素陣列包括由說明性單元810a、810b、810c、810d表示的多個像素單元。單元810a、 810b、810c、810d中的一些或全部可各自包含電路（例如Pa710或Pb720的電路），但某些實施例不限于此。
[0063] 系統(tǒng)800可進一步包括檢測器模塊820以從像素陣列805接收一個或一個以上信號，且基于此一個或一個以上信號檢測一個或一個以上像素單元中的RTS噪聲事件。如圖 8中所示，像素陣列805的不同單元可經由共同位線耦合到檢測器模塊820,例如，其中單元 810a、810c共享一個位線且單元810b、810d共享另一位線。
[0064] 響應于從像素陣列805接收到的信號脈沖，檢測器模塊820可產生指示像素陣列 805的一個或一個以上源極跟隨器晶體管中的RTS噪聲事件的一個或一個以上輸出信號。此些輸出信號可提供到系統(tǒng)800的計數器模塊830,例如，其中檢測器模塊820及計數器模塊830的功能性分別對應于檢測器模塊120及計數器模塊130的功能性。計數器模塊830 可包含計數位（未展示）以基于檢測器模塊820不同地指示像素陣列805中的RTS噪聲事件而存儲計數位值。計數器模塊830可用此些計數位維持一個或一個以上計數，其中包含響應于檢測器模塊820不同地指示對RTS噪聲事件的檢測而對此一個或一個以上計數執(zhí)行更新?；诖艘粋€或一個以上計數，計數器模塊830可輸出與由檢測器模塊820檢測到的多個RTS噪聲事件對應的數840。
[0065] 在實施例中，系統(tǒng)800可在不同時間在用于產生隨機數的第一模式與用于執(zhí)行一個或一個以上操作（除了（例如代替）用于產生此隨機數的那些操作）的第二模式之間進行轉變。通過說明而不是限制，系統(tǒng)800可進一步包括用于用像素陣列805產生圖像信息的電路，例如成像系統(tǒng)600的電路（例如，包含說明性的取樣與保持電路860)。取樣與保持電路860可從用于取樣與保持圖像數據的多種常規(guī)技術及/或機制中的任一者改造而成，且可不對某些實施例產生限制。
[0066] 系統(tǒng)800可包含或耦合到控制邏輯850 (例如，包含處理器、微控制器、專用集成電路（ASIC)、狀態(tài)機等等），以為在不同模式之間轉變系統(tǒng)800不同地提供控制信令。此信令可包含控制邏輯850不同地與計數器模塊830、檢測器模塊820、取樣與保持電路860及像素陣列850中的一些或全部進行通信。舉例來說，控制邏輯850可不同地將單元810a、810b、 810c、810d中的一些或全部各自置于用于輸出相應信號的狀態(tài)中，例如時序圖400中展不。響應于控制邏輯850,可重置單元810a (或像素陣列805的某一其它單元），使其光電二極管停止作用，其浮動擴散節(jié)點回到某一基線電壓電平、其源極跟隨器晶體管回到低功率狀態(tài)等等。
[0067] 替代地或另外，控制邏輯850可發(fā)信號通知計數器模塊830以指示用于一個或一個以上計數的時間窗的開始、此時間窗的剩余時間，此時間窗的結束等等。替代地或另外，控制邏輯850可選擇性地發(fā)信號通知取樣與保持電路860及檢測器模塊820中的一者（例如，僅一者）將從像素陣列805接收信號、對所述信號進行評估及/或別的處理。舉例來說，控制邏輯可不同地調節(jié)到取樣與保持電路860及檢測器模塊820的不同的相應電力遞送。在替代實施例中，控制邏輯850可操作系統(tǒng)800的開關電路（未展示），使取樣與保持電路 860及檢測器模塊820各自在不同時間被不同地耦合到像素陣列805 (或與像素陣列805解奉禹）。
[0068] 根據不同實施例，像素陣列805中的單元的各種組合中的任一者可有助于產生隨機數。舉例來說，可基于僅單個單元中、僅單一行的一些或全部單元（例如，橫跨多個位線）中、僅單一列的一些或全部單元（例如，共享共同位線）中、或橫跨像素陣列805的多個行及列的多個單元中的RTS噪聲事件而產生隨機數。在實施例中，控制邏輯805可配置像素陣列805中的單元的多個可能組合中的任一者以有助于產生隨機數。
[0069] 圖9說明根據實施例的用于產生隨機數的系統(tǒng)900的元件。舉例來說，系統(tǒng)900 可包含系統(tǒng)100的特征中的一些或全部。在實施例中，系統(tǒng)900包含用于執(zhí)行方法300的操作中的一些或全部的電路。系統(tǒng)900包含檢測邏輯920以接收各自來自相應單元的信號 910,所述單元包含在或耦合到系統(tǒng)900。通過說明而不是限制，信號910可包含各自來自相應單元的信號SO, Sl，. . .，S(x-l)的整數X數，其中檢測邏輯920的X個ADC電路各自用于接收信號SO, S1，...，S(x-l)中的相應一者。所展示的整數X僅僅是說明性的，且在另一實施例中可等于或小于八（8)。
[0070] 檢測邏輯920的ADC電路可檢測脈沖信號SO, Sl，. . .，S(x-l)，且響應于此些脈沖而提供信號930以不同地向系統(tǒng)900的計數器邏輯940指示對RTS噪聲事件的檢測。計數器邏輯940可包含X個計數位b0, . . .，b (x-1)，其各自用于存儲相應二進制值。計數位 b0，. ..，b(x-l)中的一些或全部可各自作為相應單一位計數器而操作，其（舉例來說）專用于檢測邏輯920的僅單一 ADC電路。此單一位計數器僅響應于單個ADC電路指示RTS噪聲事件而可在兩個值（例如零（0)及一（1))之間觸發(fā)。在給定時間點，存儲在計數位b0，...， b (x-1)內的相應值可通過系統(tǒng)900 -起作為表示隨機數的單一輸出值而提供。
[0071] 本文描述用于產生隨機數的技術及架構。在上文描述中，出于說明的目的，陳述許多具體細節(jié)以提供對某些實施例的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將顯而易見，某些實施例可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在其它例子中，以框圖形式展示結構及裝置以避免模糊本說明。
[0072] 在說明書中提及的"一個實施例"或"實施例"意指結合所述實施例描述的特定特征、結構或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書各處出現的句子"在一個實施例中"不必全部指代同一實施例。
[0073] 本文詳細說明的一些部分是按照對計算機存儲器內的數據位的運算的算法及符號表示來呈現。這些算法的描述及表示是計算機領域的技術人員用以最有效地將他們工作的實質傳達給所述領域的其它技術人員的辦法。算法在此且通常構想為導致預期結果的有條理的步驟序列。所述步驟是需要物理量的物理操作的步驟。通常，但非必須的，這些量采取能夠被存儲、轉移、結合、比較及進行別的操作的電或磁信號的形式。有時將這些信號稱作位、值、元件、符號、字符、術語、數等被證明是方便的（主要出于習慣用法緣故）。
[0074] 然而，應謹記，全部這些或類似術語將要與適當的物理量相關聯(lián)，且僅僅是應用于這些量的便利標簽。除非另外明確規(guī)定，如從本文論述顯而易見，應理解貫穿本說明，利用例如"處理"或"計算"或"運算"或"確定"或"顯示"等的術語的論述指代計算機系統(tǒng)、或類似電子計算裝置的動作及處理，所述計算裝置操作表示為計算機系統(tǒng)的寄存器及存儲器內的物理（電子）量的數據并將所述數據變換為同樣表示為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其它此類存儲器、傳輸或顯示裝置內的物理量的其它數據。
[0075] 某些實施例還涉及用于執(zhí)行本文中的操作的設備。此設備可專門構造用于需要的目的，或其可包括通用計算機，所述計算機由存儲在計算機中的計算機程序選擇性地激活或重新配置。此計算機程序可存儲在計算機可讀存儲媒體中，例如但不限于包含軟盤、光盤、CD-ROM及磁-光盤的任何類型的磁盤、只讀存儲器（ROM)、隨機存取存儲器（RAM)(例如，動態(tài)RAM (DRAM)、EPROM、EEPR0M)、磁或光卡或適宜于存儲電子指令的任何類型的媒體，且耦合到計算機系統(tǒng)總線。
[0076] 本文呈現的算法及顯示并非固有地涉及任何特定計算機或其它設備。根據本文教示，各種通用系統(tǒng)可與程序一起使用，或建構更專門的設備以執(zhí)行需要的方法步驟被證明是方便的。各種這些系統(tǒng)所需要的結構將在本文描述中看出。另外，某些實施例并未參考任何特定編程語言描述。將了解，各種編程語言可用于實施如本文描述的此些實施例的教 /_J、1 〇
[0077] 在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，除本文描述的這些之外，可對所揭示的實施例及其實施方案做出各種修改。因此，本文的說明及實例應解釋為說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍應僅參考所附權利要求書來限定。
【權利要求】
1. 一種設備，其包括：一個或一個以上單元，其各自包含相應源極跟隨器晶體管，其中所述一個或一個以上單元中的第一單元包含第一源極跟隨器晶體管；檢測器模塊，其耦合到所述一個或一個以上單元，所述檢測器模塊包含電路邏輯以從所述第一單元接收第一信號，且響應于所述第一信號的脈沖來指示對所述第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；及計數器模塊，其耦合到所述檢測器模塊，所述計數器模塊包含電路邏輯以響應于所述所指示的對所述第一隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第一計數更新，且基于所述第一計數更新而傳達與多個隨機電報噪聲事件對應的數。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中所述第一單元包含像素單元。
3. 根據權利要求1所述的設備，其進一步包括控制邏輯以使所述設備在第一模式與第二模式之間轉變，所述第一模式用于產生與所述多個隨機電報噪聲事件對應的所述數。
4. 根據權利要求3所述的設備，其中所述第二模式是用于用所述一個或一個以上單元捕獲圖像。
5. 根據權利要求3所述的設備，其中所述控制邏輯將所述設備轉變?yōu)樗龅谝荒Ｊ剑?包含所述控制邏輯將所述第一源極跟隨器晶體管的柵極端子轉變到第一參考電壓。
6. 根據權利要求1所述的設備，其中所述第一源極跟隨器晶體管包含柵極氧化物，其中所述柵極氧化物的厚度小于或等于五納米。
7. 根據權利要求1所述的設備，其中所述一個或一個以上單元進一步包括包含第二源極跟隨器晶體管的第二單元，所述檢測器模塊進一步指示對所述第二源極跟隨器晶體管中的第二隨機電報噪聲事件的檢測，且所述計數器模塊進一步響應于所述所指示的對所述第二隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第二計數更新，其中所述計數器模塊進一步基于所述第二計數更新而傳達所述數。
8. 根據權利要求7所述的設備，其中第一計數是通過所述第一計數更新而更新，且通過所述第二計數更新而進一步更新。
9. 根據權利要求7所述的設備，其中第一計數是通過所述第一計數更新而更新，且第二計數是通過所述第二計數更新而更新。
10. 根據權利要求9所述的設備，其中所述第一計數僅用單一位存儲。
11. 一種方法，其包括：從一個或一個以上單元中的第一單元接收第一信號，所述一個或一個以上單元各自包含相應源極跟隨器晶體管；響應于所述第一信號的脈沖，指示對所述第一單元的第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；響應于所述所指示的對所述第一隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第一計數更新；及基于所述第一計數更新，傳達與多個隨機電報噪聲事件對應的數。
12. 根據權利要求11所述的方法，其進一步包括在第一模式與第二模式之間轉變，所述第一模式用于產生與所述多個隨機電報噪聲事件對應的所述數。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中所述第二模式是用于用所述一個或一個以上單元捕獲圖像。
14. 根據權利要求12所述的方法，其中在所述第一模式與所述第二模式之間轉變包含轉變到所述第一模式，包含降低所述第一源極跟隨器晶體管的供應電壓的電平。
15. 根據權利要求11所述的方法，其中所述第一源極跟隨器晶體管包含通道，其中所述通道的總面積小于或等于一微米。
16. 根據權利要求11所述的方法，其中所述一個或一個以上單元進一步包括包含第二源極跟隨器晶體管的第二單元，所述方法進一步包括：指示對所述第二源極跟隨器晶體管中的第二隨機電報噪聲事件的檢測；及響應于所述所指示的對所述第二隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第二計數更新，其中傳達所述數是進一步基于所述第二計數更新。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中第一計數是通過所述第一計數更新而更新，且第二計數是通過所述第二計數更新而更新。
18. -種圖像傳感器，其包括：包含一個或一個以上像素單元的像素陣列，所述像素單元各自包括相應源極跟隨器晶體管，其中所述一個或一個以上像素單元中的第一像素單元包含第一源極跟隨器晶體管；檢測器模塊，其耦合到所述一個或一個以上像素單元，所述檢測器模塊包含電路邏輯以從所述第一像素單元接收第一信號，且響應于所述第一信號的脈沖來指示對所述第一源極跟隨器晶體管中的第一隨機電報噪聲事件的檢測；及計數器模塊，其耦合到所述檢測器模塊，所述計數器模塊包含電路邏輯以響應于所述所指示的對所述第一隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第一計數更新，且基于所述第一計數更新而傳達與多個隨機電報噪聲事件對應的數。
19. 根據權利要求18所述的圖像傳感器，其進一步包括控制邏輯以使所述圖像傳感器在第一模式與第二模式之間轉變，所述第一模式用于產生與所述多個隨機電報噪聲事件對應的所述數，所述第二模式用于用所述一個或一個以上像素單元捕獲圖像。
20. 根據權利要求18所述的圖像傳感器，其中所述第一源極跟隨器晶體管包含柵極氧化物，其中所述柵極氧化物的厚度小于或等于五納米。
21. 根據權利要求18所述的圖像傳感器，其中所述一個或一個以上像素單元進一步包括包含第二源極跟隨器晶體管的第二像素單元，所述檢測器模塊進一步指示對所述第二源極跟隨器晶體管中的第二隨機電報噪聲事件的檢測，且所述計數器模塊進一步響應于所述所指示的對所述第二隨機電報噪聲事件的檢測而執(zhí)行第二計數更新，其中所述計數器模塊進一步基于所述第二計數更新而傳達所述數，且其中第一計數是通過所述第一計數更新而更新，且第二計數是通過所述第二計數更新而更新。
【文檔編號】H04N5/357GK104113707SQ201310680647
【公開日】2014年10月22日申請日期:2013年12月12日優(yōu)先權日:2013年4月22日
【發(fā)明者】多米尼克·馬塞提, 陳剛申請人:全視科技有限公司

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