專利名稱：將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)主動(dòng)像素感測(cè)器的技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器。
圖4為單一像素傳統(tǒng)金氧半互補(bǔ)式制程的主動(dòng)影像感測(cè)器的架構(gòu)圖，其中的像素41(Pixel)是由一電源VCC所供電，而其操作方式是先驅(qū)動(dòng)重置信號(hào)(RESET)以重置該像素41，在經(jīng)過(guò)一段曝光時(shí)間后，驅(qū)動(dòng)列信號(hào)(ROW)，以自像素輸出端(Pixel Out)讀出代表光電信號(hào)的電壓值，以便將此第一次讀出的電壓值儲(chǔ)存于一相關(guān)雙重取樣電路42(correlated-double-sampling；CDS)中。之后，再一次重置像素41，而將重置電壓存入該相關(guān)雙重取樣電路42中。將兩次讀出電壓值相減，可得到像素41照光所產(chǎn)生的電位差，藉此，可消除由于像素41的晶體管在制程上的不匹配造成臨界電壓差異的固定模式雜訊(fixed pattem noise；FPN)。
前述傳統(tǒng)金氧半互補(bǔ)式制程的主動(dòng)影像感測(cè)器是使用單一電壓源VCC，且接在晶片的最高電壓，為了得到最大的曝光面積，通常在布局上使用同一條信號(hào)線，造成晶體管間的雜訊互相干擾，而且晶體管的電壓被限制在最高電壓值。因此，此種設(shè)計(jì)會(huì)有以下兩方面的雜訊1.外部電壓源上的隨機(jī)雜訊，此隨機(jī)雜訊的來(lái)源是由于電壓產(chǎn)生器所產(chǎn)生的信號(hào)并非干凈無(wú)雜訊，加上受到電路上熱雜訊(thermal nouse)的影響，使得供應(yīng)到像素上的電壓源有相當(dāng)大的雜訊。
2.晶體管導(dǎo)通或切換時(shí)所造成電壓源壓降及切換雜訊。
以上兩種雜訊均隨著時(shí)間點(diǎn)變動(dòng)，因此即使在電路后端有CDS處理，依然不能消除這兩種雜訊。因此，前述習(xí)知的主動(dòng)影像感測(cè)器實(shí)有予以改進(jìn)的必要。
創(chuàng)作人爰因于此，本于積極創(chuàng)新的精神，亟思一種可以解決上述問(wèn)題的“將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器”，幾經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)終至完成此項(xiàng)新穎進(jìn)步的創(chuàng)作。
本發(fā)明的目的是在提供一種將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，可減少開(kāi)關(guān)切換的雜訊，并加大電壓變化的彈性，使兩電壓源可以在不同的考量下各自調(diào)整其電壓大小。
為達(dá)前述的目的，本發(fā)明的主動(dòng)像素感測(cè)器包括第一電壓源及第二電壓源；一重置晶體管，是連接于該第一電壓源；一光電元件，是連接于該重置晶體管，以當(dāng)該重置晶體管開(kāi)啟時(shí)，由該第一電壓源充電；以及，串接的源極隨耦器晶體管、讀出開(kāi)關(guān)晶體管及偏壓晶體管，是由該第二電壓源供電，該源極隨耦器晶體管的閘極連接于重置晶體管與光電二極管元件間的連接節(jié)點(diǎn)，該偏壓晶體管是為該源極隨耦器晶體管建立一個(gè)預(yù)定的偏壓，以當(dāng)該讀出開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)啟時(shí)，讀出連接節(jié)點(diǎn)處的光電信號(hào)；其中，該第一電壓源及第二電壓源是為不同的電壓源。
由于本發(fā)明構(gòu)造新穎，能提供產(chǎn)業(yè)上利用，且確有增進(jìn)功效，故依法申請(qǐng)專利。
為使貴審查委員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，茲附以圖式及較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中

圖1是顯示本發(fā)明的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器的電路圖。
圖2是顯示本發(fā)明的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器的一較佳布局圖。
圖3是顯示本發(fā)明的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器的另一較佳布局圖。
圖4是為單一像素傳統(tǒng)金氧半互補(bǔ)式制程的主動(dòng)影像感測(cè)器的架構(gòu)圖。
有關(guān)本發(fā)明的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器的一較佳實(shí)施例，請(qǐng)先參照?qǐng)D1所示的電路圖，其包含兩個(gè)不同的電壓源VRT1及VRT2、一個(gè)例如為光電二極管PD的光電元件，一個(gè)重置晶體管M1，一個(gè)源極隨耦器晶體管M2、一個(gè)讀出開(kāi)關(guān)晶體管M3及一個(gè)偏壓晶體管M4，前述的晶體管為金氧半導(dǎo)體(MOS)晶體管。該主動(dòng)像素感測(cè)器的像素輸出端12(Pixel Out)是連接至一相關(guān)雙重取樣電路11，該相關(guān)雙重取樣電路11是由晶體管M5及M6、電容CR及CS、及相減電路CIR所組成，其中，晶體管M5及M6是各自連接電容CR及CS，以分別控制對(duì)電容CR及CS的充電，而電容CR及CS則分別連接至由差分放大器所構(gòu)成的相減電路C1R的兩輸入端。
前述電壓源VRT1是經(jīng)由重置晶體管M1的控制，以在重置晶體管M1開(kāi)啟時(shí)，對(duì)連接于重置晶體管M1的光電二極管PD進(jìn)行充電。
前述電壓源VRT2是供應(yīng)串接的晶體管M2、M3及M4所需的電壓，該源極隨耦器晶體管M2的閘極連接于重置晶體管M1與光電二極管PD間的連接節(jié)點(diǎn)(netl)，該讀出開(kāi)關(guān)晶體管M3是由閘極的列信號(hào)(ROW)控制為開(kāi)啟或關(guān)閉，該偏壓晶體管M4的間極電壓VLN是維持在固定電壓值，以當(dāng)讀出開(kāi)關(guān)晶體管M3打開(kāi)時(shí)，可為源極隨耦器晶體管M2建立一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘骸?br> 以前述的電路在操作時(shí)，是先驅(qū)動(dòng)重置信號(hào)(RESET)以將重置晶體管M1導(dǎo)通，而重置光電二極管PD上電壓至節(jié)點(diǎn)(netl)電壓Vcc后關(guān)閉晶體管M1。由于光電二極管PD照光后產(chǎn)生光電流造成節(jié)點(diǎn)(netl)電壓下降，經(jīng)過(guò)一段曝光時(shí)間后，在節(jié)點(diǎn)(netl)電壓到達(dá)所能測(cè)得的最大光電壓前打開(kāi)讀出開(kāi)關(guān)晶體管M3，以讀出光電信號(hào)。
而前述光電壓經(jīng)源極隨耦器晶體管M2而由晶體管M3及M4間的輸出端12輸出至該相關(guān)雙重取樣電路11，此時(shí)晶體管M6開(kāi)啟，而將光電信號(hào)值存入電容CS中。然后，關(guān)閉讀出開(kāi)關(guān)晶體管M3，并再一次重置光電二極管PD電壓至Vcc，導(dǎo)通晶體管M3及M5，將重置電壓存入電容CR中。再將兩次讀出電壓值經(jīng)相減電路CIR相減，可得到光電二極管PD照光所產(chǎn)生的電位差，其中光電二極管PD所接的電壓源VRT1與像素上其他電壓源VRT2分開(kāi)，而兩者不必然是晶片中的最高電壓源，且在操作過(guò)程中，可依實(shí)際的需要來(lái)改變VRT2電壓而不影響光二極管PD上光電信號(hào)值，并可以藉分別變動(dòng)VRT1及VRT2電壓值以得到所需要的電路特性。
藉由前述本發(fā)明的感測(cè)器電路，由于其將光電二極管PD所使用的電壓源VRT1與像素上其他電路所使用的電壓源VRT2分開(kāi)，因此可以單獨(dú)處理光電二極管PD上所接的電壓雜訊，因?yàn)殡妷篤RT1僅供應(yīng)光電二極管PD的重置電壓，故其上的開(kāi)關(guān)切換雜訊較小且易于處理，且像素上的讀出電路及源極隨耦器的電壓變化不致直接影響光電二極管PD的重置電壓，因此在光二電極管上可得到一較不受雜訊干擾的信號(hào)。另外，將此兩電壓源VRT1及VRT2分開(kāi)供應(yīng)，可加大電壓變化的彈性，使兩電壓源VRT1及VRT2可以在不同的考量下各自調(diào)整其電壓大小。
前述電路的一種較佳布局圖是如圖2所示，其是使用兩層疊置的金屬線21及22來(lái)分別連接電壓源VRT1及VRT2，以使用兩個(gè)不同電壓源的金屬線分別供應(yīng)光電二極管和其他電路所需電壓，除可免除雜訊的干擾外，亦可以節(jié)省一部份空間在像素布局圖中。圖3則顯示第二種較佳的布局圖，其是使用兩層垂直擺放的金屬線31及32來(lái)分別連接電壓源VRT1與VRT2，可進(jìn)一步減少因?yàn)榻饘倬€寄生電容造成互相干擾的現(xiàn)象。
綜上所陳，本發(fā)明無(wú)論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異于習(xí)知技術(shù)的特征，為主動(dòng)像素感測(cè)器制作上的一大突破，懇請(qǐng)貴審查委員明察，早日賜準(zhǔn)專利，以便嘉惠社會(huì)，實(shí)感德便。惟應(yīng)注意的是，上述諸多實(shí)施例僅是為了便于說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請(qǐng)專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，其特征在于，主要包括第一電壓源及第二電壓源；一重置晶體管，是連接于該第一電壓源一光電元件，是連接于該重置晶體管，以當(dāng)該重置晶體管開(kāi)啟時(shí)，由該第一電壓源充電；以及串接的源極隨耦器晶體管、讀出開(kāi)關(guān)晶體管及偏壓晶體管，是由該第二電壓源供電，該源極隨耦器晶體管的閘極連接于重置晶體管與光電二極管元件間的連接節(jié)點(diǎn)，該偏壓晶體管是為該源極隨耦器晶體管建立一個(gè)預(yù)定的偏壓，以當(dāng)該讀出開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)啟時(shí)，讀出連接節(jié)點(diǎn)處的光電信號(hào)；其中，該第一電壓源及第二電壓源是為不同的電壓源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，其特征在于，其中該第一及第二電壓源是分別連接兩層疊置的金屬線來(lái)供應(yīng)像素所需電壓，以便免除雜訊的干擾及節(jié)省像素布局空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，其特征在于，其中該第一及第二電壓源是分別連接兩層垂直擺放的金屬線來(lái)供應(yīng)像素所需電壓，以便減少金屬線寄生電容所造成的互相干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，其特征在于，其中該第一及第二電壓源是可在主動(dòng)像素感測(cè)器操作時(shí)予以調(diào)整改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將重置晶體管與其他電路電壓源分離的主動(dòng)像素感測(cè)器，其特征在于，其像素輸出端是連接至一相關(guān)雙重取樣電路。
全文摘要
一種主動(dòng)像素感測(cè)器,具有第一、二電壓源,區(qū)一是供在一重置晶體管開(kāi)啟時(shí),對(duì)一光電元件充電,區(qū)二是對(duì)串接的源極隨耦器晶體管、讀出開(kāi)關(guān)晶體管及偏壓晶體管供電,源極隨耦器晶體管的閘極連接于重置晶體管與光電二極管元件間的連接節(jié)點(diǎn),偏壓晶體管是為源極隨耦器晶體管建立一個(gè)預(yù)定的偏壓,以當(dāng)讀出開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)啟時(shí),讀出連接節(jié)點(diǎn)處的光電信號(hào),其中,前述第一、二電壓源是為不同的電壓源。
文檔編號(hào)H01L27/146GK1368825SQ01102349
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月5日
發(fā)明者楊孟璋, 莊朝貴 申請(qǐng)人:凌陽(yáng)科技股份有限公司