本發(fā)明有關一種圖像傳感器，特別是關于一種具高轉換增益(conversion gain)的小型低功率圖像傳感器。

背景技術：

圖像傳感器(例如互補金屬氧化物半導體圖像傳感器)可用以將光學圖像轉換為電子信號。圖像傳感器普遍使用于各種應用，例如移動電話與相機。

當圖像傳感器的分辨率增加時，需要更多的讀出(readout)電路用以從像素讀出光信號，因此會消耗更多的功率，增加更多的熱。圖像傳感器的多個光二極管(photodiode)之間，可借由共享電路以縮小電路面積，然而卻會降低轉換增益與噪聲效能。

因此亟需提出一種新穎的圖像傳感器，其具較小電路面積與功耗，而又不會犧牲效能。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明實施例的目的之一在于提出一種具高轉換增益與簡單驅動器設計的小型低功率圖像傳感器。在一實施例中，像素排列為1x2共享方式。二相鄰行的二條位線(bit line)連接至一多工器，其輸出則連接至一讀出電路。

根據(jù)本發(fā)明實施例，圖像傳感器包含多個像素、多個多工器及多個讀出電路。像素排列為1x2共享方式，其中同行的相鄰二像素形成一像素群。像素群內的二像素共用一輸出線，用以輸出集成光信號，且同行的這些像素群的多個輸出線連接在一起，成為一位線。相鄰二行的二條位線連接至這些多工器之一，用以選擇二相鄰位線的其中之一。這些讀出電路分別連接至這些多工器的輸出。同列的相鄰傳送晶體管受控于不同傳送信號。

附圖說明

圖1顯示圖像傳感器的方塊圖。

圖2A的示意圖顯示部分的像素，排列為非共享方式。圖2B顯示圖2A的一些像素的像素電路。

圖3A的示意圖顯示部分的像素，排列為2x1共享方式。

圖3B顯示圖3A的一些像素的像素電路。

圖4A的示意圖顯示部分的像素，排列為2x2共享方式。

圖4B顯示圖4A的一些像素的像素電路。

圖5A的示意圖顯示本發(fā)明第一實施例的部分像素，排列為1x2共享方式。

圖5B顯示圖5A的一些像素的像素電路。

圖5C顯示相關于圖5B的時序圖。

圖6A的示意圖顯示本發(fā)明第二實施例的部分像素，排列為1x2共享方式。

圖6B顯示圖6A的一些像素的像素電路。

圖6C顯示相關于圖6B的時序圖。

符號說明

100 圖像傳感器

11 像素

111 像素群

112 像素群

113 像素群

114 像素群

12 讀出電路

13 多工器

BL 位線

RST 重置晶體管

SF 源極跟隨晶體管

SEL 選擇晶體管

TG 傳送晶體管

D 光二極管

FD 浮動擴散點

Vdd 電源

rst 重置信號

rst<0> 重置信號

rst<1> 重置信號

tg0 傳送信號

tg1 傳送信號

tg2 傳送信號

tg3 傳送信號

sel 選擇信號

sel<0> 選擇信號

sel<1> 選擇信號

t1 時間

t2 時間

t3 時間

t4 時間

具體實施方式

圖1顯示圖像傳感器100(例如互補金屬氧化物半導體圖像傳感器)的方塊圖。圖像傳感器100主要包含像素11，其排列為列與行形式；以及讀出電路12，用以讀出像素11所集成(或累積)的光信號。

圖2A的示意圖顯示部分的像素11，排列為非共享方式，其中每個像素11可獨立操作。圖2B顯示圖2A的一些(例如四個)像素11的像素電路。如圖2B所示，每個像素11包含光二極管D、重置晶體管RST、源極跟隨晶體管SF、選擇晶體管SEL及傳送晶體管TG。當重置晶體管RST被重置信號(例如rst<0>)打開時，光二極管D被重置至參考電壓，例如電源Vdd。當傳送晶體管TG被傳送信號(例如tg0)打開時，光二極管D的集成光信號則可被傳送。源極跟隨晶體管SF可被啟動以緩沖或放大光二極管D的集成光信號。當選擇晶體管SEL被選擇(或字線(word line))信號(例如sel<0>)打開時，集成光信號可借由選擇晶體管SEL而輸出。根據(jù)圖2A/2B的架構，每條位線BL連接至一相應讀出電路12。由于讀出電路占用相當?shù)拿娣e，圖像傳感器的像素間距因此無法有效降低，且功耗也無法減少。

圖3A的示意圖顯示部分的像素11，排列為2x1共享方式，其中同列的相鄰像素11形成一像素群(pixel group)111。圖3B顯示圖3A的一些(例如四個)像素11的像素電路。如圖3B所示，重置晶體管RST、源極跟隨晶體管SF及選擇晶體管SEL被像素群111的二個光二極管D所共享。根據(jù)圖3A/3B的架構，相鄰二像素群111分別使用不同的重置信號rst<0>與rst<1>，且分別使用不同的選擇信號sel<0>與sel<1>。借此，用以產(chǎn)生重置信號與選擇信號的驅動電路(未顯示)無法降低其復雜度。

圖4A的示意圖顯示部分的像素11，排列為2x2共享方式，其中相鄰四個像素11形成一像素群112。圖4B顯示圖4A的一些(例如四個)像素11的像素電路。如圖4B所示，重置晶體管RST、源極跟隨晶體管SF及選擇晶體管SEL被像素群112的四個光二極管D所共享。借此，浮動擴散(floating diffusion)點FD的電容值較大，且圖像傳感器100的轉換增益較小。

圖5A的示意圖顯示本發(fā)明第一實施例的部分像素11，排列為1x2共享方式，其中同行的相鄰二像素11形成一像素群113。像素群113內的二像素11共用一輸出線，用以輸出集成光信號。同行的這些像素群113的多個輸出線連接在一起，成為一條位線BL。圖5B顯示圖5A的一些(例如四個)像素11的像素電路。如圖5B所示，重置晶體管RST、源極跟隨晶體管SF及選擇晶體管SEL被像素群113的二個光二極管D所共享。

重置晶體管RST的第一端連接至電源Vdd，重置晶體管RST的第二端連接至浮動擴散點FD，且重置晶體管RST的控制端接收重置信號rst。源極跟隨晶體管SF的第一端連接至電源Vdd，源極跟隨晶體管SF的第二端連接至選擇晶體管SEL的第一端，且源極跟隨晶體管SF的控制端連接至浮動擴散點FD。選擇晶體管SEL的第二端作為輸出線，且選擇晶體管SEL的控制端接收選擇信號sel。傳送晶體管TG的二端分別連接至浮動擴散點FD與相應光二極管D，且傳送晶體管TG的控制端接收相應傳送信號(例如tg0、tg2)。

相較于圖4B，由于像素群113的光二極管D數(shù)目小于圖4B的像素群112的光二極管D數(shù)目，因此浮動擴散點FD的電容值較小，且圖像傳感器100的轉換增益較大。相較于圖3B，由于相鄰像素群113使用相同的重置信號rst及相同的選擇信號sel，因此用以產(chǎn)生重置信號與選擇信號的驅動電路(未顯示)將較為簡化。

根據(jù)本實施例的特征之一，相鄰二行的二條位線BL連接至一多工器13，其于某一時間選擇二條位線BL的其中之一。多工器13的輸出連接至一讀出電路12。相較于圖2B，由于使用較少的讀出電路12，可以節(jié)省相當?shù)拿娣e，圖像傳感器100的像素間距因而可以有效降低，且功耗也可減少。

根據(jù)本實施例的另一特征，同列的相鄰傳送晶體管TG受控于不同的傳送信號(例如tg0與tg1)。

圖5C顯示相關于圖5B的時序圖。于時間t1與時間t2之間，重置信號rst間歇地變?yōu)橹鲃?，且四個傳送信號tg0、tg1、tg2、tg3依序變?yōu)橹鲃右苑謩e執(zhí)行像素重置，接著分別進行光信號的集成。于時間t3與時間t4之間，當選擇信號sel變?yōu)橹鲃?，重置信號rst間歇地變?yōu)橹鲃右詧?zhí)行相關性雙重取樣(CDS)重置，且四個傳送信號tg0、tg1、tg2、tg3依序變?yōu)橹鲃右苑謩e執(zhí)行相關性雙重取樣(CDS)讀出，接著分別進行光信號的輸出。

圖6A的示意圖顯示本發(fā)明第二實施例的部分像素11，排列為1x2共享方式，其中同行的相鄰二像素11形成一像素群114。像素群114內的二像素11共用一輸出線，用以輸出集成光信號。同行的這些像素群114的多個輸出線連接在一起，成為一位線BL。圖6B顯示圖6A的一些(例如四個)像素11的像素電路。第二實施例類似于第一實施例，不同的地方在于第二實施例不需使用選擇晶體管，因而可以減少電路面積。如圖6B所示，重置晶體管RST與源極跟隨晶體管SF被像素群114的二個光二極管D所共享。

重置晶體管RST的第一端連接至選擇信號sel，重置晶體管RST的第二端連接至浮動擴散點FD，且重置晶體管RST的控制端接收重置信號rst。源極跟隨晶體管SF的第一端連接至電源Vdd，源極跟隨晶體管SF的第二端作為輸出線BL，且源極跟隨晶體管SF的控制端連接至浮動擴散點FD。傳送晶體管TG的二端分別連接至浮動擴散點FD與相應光二極管D，且傳送晶體管TG的控制端接收相應傳送信號(例如tg0、tg2)。

圖6C顯示相關于圖6B的時序圖。于時間t1與時間t2之間，選擇信號sel變?yōu)橹鲃樱嗉?，升至高電平。重置信號rst間歇地變?yōu)橹鲃?，且四個傳送信號tg0、tg1、tg2、tg3依序變?yōu)橹鲃右苑謩e執(zhí)行像素重置，接著分別進行光信號的集成。于時間t3與時間t4之間，當選擇信號sel變?yōu)橹鲃?，重置信號rst間歇地變?yōu)橹鲃右詧?zhí)行相關性雙重取樣(CDS)重置，且四個傳送信號tg0、tg1、tg2、 tg3依序變?yōu)橹鲃右苑謩e執(zhí)行相關性雙重取樣(CDS)讀出，接著分別進行光信號的輸出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍。凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所附權利要求范圍內。