一種可降低噪聲的光學(xué)傳感器讀出電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳感器，尤其涉及一種可降低噪聲的光學(xué)傳感器讀出電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字影像技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器(image sensor)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)有技術(shù)中，圖像傳感器可以采用非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)技術(shù)制作于玻璃基板，以構(gòu)成平板(flat panel)圖像傳感器。因其具有感測面積大、厚度薄等諸多優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用于圖像掃描、指紋檢測、無損檢測等。一般來說，平板圖像傳感器的工作原理是，光照射并透過被檢測物體，由于被檢測物體的不同部分對(duì)光的衰減不一樣，所以透過被檢測物體不同區(qū)域的光照射到平板圖像傳感器的強(qiáng)度是不一樣的，最終形成了一個(gè)與物體組織相對(duì)應(yīng)的灰階圖。平板圖像傳感器包括由若干像素單元構(gòu)成的像素陣列，像素單元將光轉(zhuǎn)換為電荷之后，在驅(qū)動(dòng)電路的作用下，存儲(chǔ)在像素單元中的電荷被傳輸?shù)阶x出電路(read-outcircuit)，然后由讀出電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行諸如放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，最終獲得圖像信息。
[0003]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種平板圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該平板圖像傳感器包括光學(xué)傳感器陣列(photo sensor array) 100、柵極驅(qū)動(dòng)電路(gatedriver) 102、光學(xué)傳感器讀出電路104、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(analog/digital convers1ncircuit) 106、時(shí)序控制器(timing controller) 108、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(static randomaccess memory，SRAM) 110 和微處理器(micro controller unit，MCU) 112。其中，每個(gè)像素單元包括一光學(xué)傳感器、一像素存儲(chǔ)電容和一薄膜晶體管，諸如光電二極管的光學(xué)傳感器接收光照產(chǎn)生光電流，該光電流對(duì)像素存儲(chǔ)電容進(jìn)行放電以存儲(chǔ)電荷。柵極驅(qū)動(dòng)電路102提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)該柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制像素單元中的薄膜晶體管導(dǎo)通時(shí)，所存儲(chǔ)的電荷被傳輸?shù)焦鈱W(xué)傳感器讀出電路104。光學(xué)傳感器讀出電路104將電信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器106進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)透過微處理器112處理以存放在靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器110中。
[0004]圖2示出圖1的平板圖像傳感器中的光學(xué)傳感器讀出電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D2，像素單元包括光學(xué)傳感器SI (如，無源傳感器)、像素存儲(chǔ)電容Cst和薄膜晶體管Tl，像素存儲(chǔ)電容Cst的一端電性耦接至一偏置電壓Vbias且另一端電性耦接至薄膜晶體管Tl的第一端。薄膜晶體管Tl和像素存儲(chǔ)電容Cst的連接點(diǎn)電位以Vd1de表示。積分電路包括一運(yùn)算放大器、并聯(lián)在放大器輸入端與輸出端之間的電容Cfbο該運(yùn)算放大器的一輸入端電性耦接至薄膜晶體管Tl，另一輸入端電性耦接至一參考電壓Vref，運(yùn)算放大器的輸出端電壓為Vout。復(fù)位開關(guān)Ml與電容Cfb并聯(lián)，當(dāng)復(fù)位開關(guān)Ml開通時(shí)，電容Cfb上的電荷得以釋放。此外，讀出電路還可包括一相關(guān)雙采樣(Correlated double sampling,⑶S)電路，包括并列的兩路開關(guān)HS和HR，該CDS電路將來自積分電路的輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換為采樣電壓 Vdata。
[0005]當(dāng)光源照亮該光學(xué)傳感器SI時(shí)，它將產(chǎn)生光電流并對(duì)存儲(chǔ)電容Cst進(jìn)行放電。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)G(n)變?yōu)楦唠娖角掖蜷_薄膜晶體管Tl時(shí)，存儲(chǔ)電容Cst由讀出電路進(jìn)行充電。與此同時(shí)，電容Cfb也被充電且運(yùn)算放大器的輸出電壓Vout升尚。該輸出電壓Vout將會(huì)被CDS電路進(jìn)行采樣，然后數(shù)據(jù)電壓Vdata將被提取。在采樣處理后，復(fù)位開關(guān)Ml開通從而復(fù)位電容Cfb上的電荷，然后進(jìn)入下一掃描線的讀出流程。
[0006]圖3示出圖2的光學(xué)傳感器讀出電路中的各關(guān)鍵信號(hào)的波形和時(shí)序示意圖。如圖3所示，當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)G(n)為高電平時(shí)，存儲(chǔ)電容Cst充電因而節(jié)點(diǎn)電壓Vd1de緩慢升高，此時(shí)復(fù)位開關(guān)Ml為關(guān)斷狀態(tài)，運(yùn)算放大器的輸出電壓Vout也將逐漸變大。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)G (η)為低電平時(shí)，存儲(chǔ)電容Cst放電，節(jié)點(diǎn)電壓Vd1de緩慢下降，此時(shí)復(fù)位開關(guān)Ml為開通狀態(tài)，運(yùn)算放大器的輸出電壓Vout也將逐漸下降為參考電壓Vref。在復(fù)位開關(guān)Ml開通期間，運(yùn)算放大器輸出電壓Vout被⑶S電路采樣，得到采樣數(shù)據(jù)電壓Vdata。
[0007]然而，上述光學(xué)傳感器讀出電路作為圖像傳感器工作時(shí)，往往會(huì)遭受水平方向上的柵極掃描線G(n)的信號(hào)噪聲困擾，該噪聲將使CDS電路的采樣數(shù)據(jù)電壓不穩(wěn)定，進(jìn)而影響圖像傳感器的掃描品質(zhì)或指紋檢測精度。有鑒于此，如何對(duì)現(xiàn)有光學(xué)傳感器讀出電路進(jìn)行改進(jìn)，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟待解決的一項(xiàng)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)傳感器讀出電路所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種可降低噪聲的光學(xué)傳感器讀出電路，以避免復(fù)位開關(guān)在開通時(shí)容易對(duì)柵極控制信號(hào)造成耦合噪聲等不良情形。
[0009]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種可降低噪聲的光學(xué)傳感器讀出電路，包括:
[0010]—薄膜晶體管，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述控制端用以接收一柵極脈沖信號(hào)；
[0011]—光學(xué)傳感器，電性耦接至一偏置電壓以及所述薄膜晶體管的第一端；
[0012]—開關(guān)組件，具有一第一端和一第二端，所述開關(guān)組件的第一端電性耦接至所述薄膜晶體管的第二端；
[0013]—積分電路，其輸入端電性耦接至所述開關(guān)組件的第二端；
[0014]—復(fù)位開關(guān)，其一端電性耦接至所述積分電路的輸入端，另一端電性耦接至所述積分電路的輸出端，其中，當(dāng)所述復(fù)位開關(guān)開通時(shí)，所述開關(guān)組件斷開所述積分電路與所述薄膜晶體管。
[0015]在其中的一實(shí)施例，所述薄膜晶體管采用非晶硅材質(zhì)制成。
[0016]在其中的一實(shí)施例，所述開關(guān)組件包括:一第一開關(guān)，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述第一開關(guān)的第一端電性耦接至所述薄膜晶體管的第二端，所述第一開關(guān)的第二端電性耦接至所述積分電路的輸入端；以及一第二開關(guān)，具有一控制端、一第一端和一第二端，所述第二開關(guān)的第二端電性耦接至所述薄膜晶體管的第二端，所述第二開關(guān)的第一端電性耦接至所述積分電路的輸入端，所述第一開關(guān)與所述第二開關(guān)為互補(bǔ)型的開關(guān)，且所述第一開關(guān)的控制端與所述第二開關(guān)的控制端各自所接收的控制信號(hào)極性相反。
[0017]在其中的一實(shí)施例，所述第一開關(guān)為N型薄膜晶體管，且所述第二開關(guān)為P型薄膜晶體管。
[0018]在其中的一實(shí)施例，所述第一開關(guān)的控制端接收一第一脈沖信號(hào)，所述第二開關(guān)的控制端接收一第二脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)與所述第二脈沖信號(hào)的跳變時(shí)刻與所述復(fù)位開關(guān)的操作時(shí)刻相一致。
[0019]在其中的一實(shí)施例，當(dāng)所述復(fù)位開關(guān)開通時(shí)，所述第一脈沖信號(hào)從高電平跳變?yōu)榈碗娖绞顾龅谝婚_關(guān)斷開，所述第二脈沖信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖绞顾龅诙_關(guān)斷開。
[0020]在其中的一實(shí)施例，所述積分電路包括:一運(yùn)算放大器，具有一反相輸入端、一正相輸入端和一輸出端，所述反相輸入端電性耦接至所述開關(guān)組件的第二端，所述正相輸入端電性耦接至一參考電壓；以及一積分電容，并聯(lián)連接于所述運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間。
[0021]在其中的一實(shí)施例，所述復(fù)位開關(guān)為一 P型薄膜晶體管，當(dāng)所述復(fù)位開關(guān)的控制端為高電平時(shí)，其處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)所述復(fù)位開關(guān)的控制端為低電平時(shí)，其處于開通狀態(tài)。
[0022]在其中的一實(shí)施例，所述光學(xué)傳感器讀出電路為一集成芯片。
[0023]采用本發(fā)明的光學(xué)傳感器讀出電路，其薄膜晶體管的控制端接收一柵極脈沖信號(hào)，光學(xué)傳感器電性耦接至偏置電壓以及薄膜晶體管的第一端，開關(guān)組件的第一端電性耦接至薄膜晶體管的第二端且第二端電性耦接至積分電路的輸入端，復(fù)位開關(guān)跨接于積分電路的輸入端與輸出端之間。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的讀出電路在復(fù)位開關(guān)開通時(shí)，同步關(guān)斷設(shè)置在薄膜晶體管的第二端和積分電路的輸入端之間的開關(guān)組件，從而可避免積分電路輸入端的瞬時(shí)電壓尖峰對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)造成耦合噪聲。如此一來，本發(fā)明的讀出電路可使CDS電路的采樣數(shù)據(jù)電壓保持穩(wěn)定，以確保圖像傳感器的掃描品質(zhì)或指紋檢測精度。
【附圖說明】
[0024]讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以后，將會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。其中，
[0025]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的一種平板圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2示出圖1的平板圖像傳感器中的光學(xué)傳感器讀出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3示出圖2的光學(xué)傳感器讀出電路中的各關(guān)鍵信號(hào)的波形和時(shí)序示意圖；
[0028]圖4A示出圖2的光學(xué)傳感器讀出電路中的積分電路在復(fù)位開關(guān)開通時(shí)，于積分電路的輸入端出現(xiàn)電壓尖峰(voltage spike)的狀態(tài)示意圖；
[0029]圖4B示出圖4A的光學(xué)傳感器讀出電路中，積分電路的輸入端與薄膜晶體管的柵極控制信號(hào)所產(chǎn)生的電壓尖峰對(duì)像素電壓電位影響的測試示意圖；
[0030]圖5示出依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，可降低噪聲的光學(xué)傳感器讀出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖6A示出依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，可降低噪