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CN110650303B - 图像传感器、像素阵列和图像传感器的操作方法 - Google Patents

图像传感器、像素阵列和图像传感器的操作方法 Download PDF

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CN110650303B CN201910514682.0A CN201910514682A CN110650303B CN 110650303 B CN110650303 B CN 110650303B CN 201910514682 A CN201910514682 A CN 201910514682A CN 110650303 B CN110650303 B CN 110650303B
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Abstract

一种图像传感器包括：包括连接到第一列线的第一像素和第二像素的像素阵列，和被配置为控制第二像素的读取操作的行驱动器。在第二像素的读取操作期间，基于第一像素的浮置扩散节点的电压和第二像素的浮置扩散节点的电压当中的较高电压来确定第一列线的电压。

Description

图像传感器、像素阵列和图像传感器的操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月27日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0073771号韩国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用整体合并于此。
技术领域
本发明构思的示例性实施例涉及图像传感器和像素阵列，并且更具体地，涉及基于多个像素生成像素信号的图像传感器和像素阵列。
背景技术
图像传感器是捕获物体的二维或三维图像的装置。图像传感器通过使用响应于从物体反射的光的强度的光电转换设备来生成物体的图像。近年来，随着互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)的发展，CMOS图像传感器已经被广泛使用。
发明内容
根据本发明构思的示例性实施例，图像传感器包括：包括连接到第一列线的第一像素和第二像素的像素阵列，和被配置为控制第二像素的读取操作的行驱动器。在第二像素的读取操作期间，基于第一像素的浮置扩散节点的电压和第二像素的浮置扩散节点的电压之间的较高电压来确定第一列线的电压。
根据本发明构思的示例性实施例，像素阵列包括被配置为响应于从外部接收箝位(clamp)信号而生成第一像素信号的第一行像素，以及被配置为基于光电二极管的输出而生成第二像素信号的第二行像素。施加到连接至第一行像素和第二行像素的列线的电压是基于第一像素信号和第二像素信号中的至少一个的电压。
根据本发明构思的示例性实施例，在包括多个像素的图像传感器的操作方法中，该操作方法包括：在复位(reset)操作中复位多个像素；将箝位信号施加到第一行像素，该箝位信号的电压电平在复位操作期间从第一电压减小到小于第一电压的第二电压；以及导通传输晶体管以接收第二行像素的光电二极管的输出。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明构思的示例性实施例，将更清楚地理解本发明构思的以上和其他特征。
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的图1的图像传感器的框图。
图3A和图3B示出了根据本发明构思的示例性实施例的箝位控制器。
图4示出了根据本发明构思的示例性实施例的像素阵列。
图5示出了根据本发明构思的示例性实施例的胜者全得(winner-take-all)电路的等效电路。
图6是根据本发明构思的示例性实施例的当像素信号未被箝位时图像传感器操作的时序图。
图7是根据本发明构思的示例性实施例的当像素信号被箝位时图像传感器操作的时序图。
图8示出了根据本发明构思的示例性实施例的处于复位状态的图1的图像传感器。
图9示出了根据本发明构思的示例性实施例的复位完成后的图1的图像传感器。
图10是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的流程图。
图11是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的特定操作方法的流程图。
图12是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理系统的框图。
具体实施方式
本发明构思的示例性实施例提供了一种图像传感器和像素阵列，该图像传感器和像素阵列被配置为通过使用另一像素来检测从光电荷被施加到的像素输出的像素信号。
在下文中，将参考附图详细描述本发明构思的示例性实施例。贯穿本申请，相同的参考编号可以指代相同的元素。
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、模数转换器130(在下文中，称为ADC(analog to digital converter，模数转换器)130)、定时发生器170和缓冲器180。
图像传感器100可以安装在具有图像或光检测功能的电子设备上。例如，图像传感器100可以安装在电子设备上，诸如相机、智能电话、可穿戴设备、物联网(Internet ofThing，IoT)设备、平板个人计算机(personal computer，PC)、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)、便携式多媒体播放器(portable multimedia player，PMP)、导航装置等。另外，图像传感器100可以安装在被配置为车辆、家具、制造设施、门、各种测量仪器等中的组件的电子设备上。
像素阵列110可以经由多条行线RL和多条列线CL访问，并且包括以矩阵形式排列的多个像素。多个像素中的每一个像素可以包括光检测设备。响应于从外部入射的光，光检测设备可以生成光电荷，并且多个像素可以将该光电荷转换成电压或电流并且将其作为像素信号PXS输出。
行驱动器120可以以行为单位来驱动像素阵列110。行驱动器120可以根据从定时发生器170接收的控制信号CTR来选择像素阵列110的至少一条行线RL。连接到所选择的行线RL的像素输出像素信号PXS。像素信号PXS可以包括复位信号和图像信号。行驱动器120可以控制像素的读取操作。在下文中，读取操作可以是指复位像素并输出大小与来自像素的光强度相对应的像素信号PXS的操作。
行驱动器120可以包括箝位控制器121。箝位控制器121可以发送箝位信号CLP以用于在像素阵列110中生成像素信号PXS。另外，箝位控制器121可以电连接到像素阵列110的多个像素当中的至少一个像素。在这种情况下，电容器可以被包括在箝位控制器121和至少一个像素之间。另外，箝位控制器121可以电连接到多个像素中的至少一个像素的浮置扩散节点FD。箝位控制器121可以根据控制信号CTR发送第一电压或第二电压作为箝位信号CLP。在这种情况下，第一电压可以大于第二电压。
ADC 130将从像素阵列110输入的模拟像素信号转换成数字信号。例如，ADC 130可以生成将像素信号PXS与斜坡(ramp)信号比较的结果，以便有效地检测复位信号和图像信号之间的差。ADC 130可以对作为比较结果输出的信号进行计数，并将该信号转换成数字信号。
定时发生器170通常可以控制图像传感器100。例如，可以通过分别向行驱动器120和ADC 130发送控制信号CTR和时钟信号CLK来控制行驱动器120和ADC 130的操作或定时。例如，定时发生器170可以向行驱动器120提供控制信号CTR，并且箝位信号CLP可以被控制。箝位信号CLP可以根据控制信号CTR而具有不同的电压值。
在缓冲器180临时存储从ADC 130输出的数字像素信号DPS之后，缓冲器180可以感测并放大该数字像素信号DPS，并将其输出为图像数据IDTA。
根据本发明构思的示例性实施例，行驱动器120可以将第一电压和第二电压施加到像素阵列110的多个像素，其中第二电压小于第一电压。接收第二电压的第一像素可以连接到与第二像素相同的列线CL。因此，像素信号PXS可以根据第一像素和第二像素的输出电压中的至少一个来确定。换句话说，行驱动器120可以向第一像素提供箝位信号CLP，使得从第二像素输出的电压不低于第一像素的电压。因此，可以控制当第二像素输出电压值由于向第二像素施加亮光而过度降低时生成的带噪声。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的图1的图像传感器的框图。
像素阵列110可以分别经由多条行线RL和多条列线CL访问，并且包括以矩阵形式排列的多个像素111。例如，多条行线RL可以包括四条行线RL，其中，如稍后参考图4所述，每条行线RL可以向复位晶体管、传输晶体管和选择晶体管发送控制信号，以及向像素111发送箝位信号。
多个像素111中的每一个像素可以包括光检测设备。例如，光检测设备可以包括光电二极管、光电晶体管、端口栅极、钉扎(pinned)光电二极管等。多个像素111中的每一个像素可以包括至少一个光检测设备；例如，多个像素111中的每一个像素可以包括多个光检测设备。多个光检测设备可以在光的入射方向上彼此堆叠。
多个像素111中的每一个像素可以检测特定光谱区域中的光。例如，多个像素111可以包括将红色光谱区域中的光转换成电信号的红色像素、将绿色光谱区域中的光转换成电信号的绿色像素、以及将蓝色光谱区域中的光转换成电信号的蓝色像素。被配置为透射特定光谱区域中的光的彩色滤光器(color filter)可以被排列在多个像素111中的每一个像素之上。
多个像素111可以通过使用光检测设备来检测光，并将光转换成作为电信号的像素信号PXS。例如，当施加亮光时，多个像素111可以发射许多电子(光电荷)。相对于较亮的光，可能降低从光检测设备输出的电压值。当从光检测设备输出的输出电压值过低时，可能会出现带噪声。
行驱动器120可以例如以行为单位来驱动像素阵列110，并控制至少一个像素111的读取操作。行驱动器120可以解码在定时发生器170中生成的行控制信号(例如，地址信号)，并且响应于解码的行控制信号来选择像素阵列110中的行线RL中的至少一条行线RL。例如，行驱动器120可以生成行选择信号。像素阵列110可以从通过使用行驱动器120提供的行选择信号而选择的行输出像素信号PXS。例如，像素信号PXS可以具有与复位状态相对应的电压、与光电荷相对应的电压或箝位电压中的一个。
箝位控制器121可以向多个像素111中的至少一个像素发送箝位信号CLP。例如，箝位控制器121可以将箝位信号CLP施加到像素111的浮置扩散节点。同时，行驱动器120可以生成行选择信号以选择两条行线RL。例如，可以生成选择被包括在第一行中的多个像素111的信号和选择被包括在第二行中的多个像素111的信号。箝位控制器121可通过交替地将第一电压或第二电压施加到两条选择的行线RL中的一条行线RL来发送箝位信号CLP。例如，第一电压可以大于第二电压。第一电压可以是电源电压VDD，并且第二电压可以是低于电源电压VDD的电压。
根据本发明构思的示例性实施例，箝位控制器121可以将第一电压施加到第一像素，同时行驱动器120导通被包括在像素111中的复位晶体管。在这种情况下，第一像素的浮置扩散节点可以被保持为与第一电压相对应的电压。在行驱动器120导通被包括在像素111中的复位晶体管之后，箝位控制器121可以将第二电压施加到第一像素。在这种情况下，像素111的浮置扩散节点可以将电压从与第一电压相对应的电压改变为与第二电压相对应的电压。由于第一电压大于第二电压，所以在箝位控制器121施加第二电压的情况下，浮置扩散节点的电压大小可以下降。
同时，箝位控制器121可以将箝位控制器121连接到第二像素的线保持在断开状态。行驱动器120可以将第二电压施加到第一像素，并且在固定时间之后导通第二像素的传输晶体管。因此，根据从第二像素的光检测设备输出的光电荷的电流和/或电压可以被施加到第二像素的浮置扩散节点。第一像素和第二像素的源极跟随器(follower)晶体管可以连接到每个像素的浮置扩散节点和选择晶体管。在这种情况下，浮置扩散节点可以连接到驱动晶体管的栅极端子，并且只有在浮置扩散节点处具有高电压的高源极跟随器晶体管可以通过选择晶体管将电压施加到列线CL。另外，晶体管中的至少一个晶体管可以包括NMOS晶体管。
ADC 130可以将从像素阵列110输入的模拟像素信号转换成数字信号。ADC 130可以包括比较块140和计数器块150。
比较块140将从经由像素阵列110中的列线CL中的任何一条列线CL访问的单位像素输出的像素信号PXS与斜坡信号RAMP进行比较。比较块140包括与每一列相对应的多个比较电路141，并且多个比较电路141中的每一个比较电路连接到像素阵列110和生成斜坡信号RAMP的斜坡信号发生器160。
每个比较电路141可以接收像素信号PXS并将该像素信号PXS与从斜坡信号发生器160生成的斜坡信号RAMP进行比较，并且比较结果信号可以被输出到比较电路141的输出端子。
比较电路141可以生成应用了相关双采样技术的比较结果信号，并且可以被称为相关双采样电路。从多个像素111输出的像素信号PXS可能由于用于输出像素信号PXS的逻辑中的特性差和/或针对每个像素的像素唯一特性(例如，固定图案噪声)而具有偏差。为了补偿这种像素信号之间的偏差，获得关于像素信号中的每个像素信号的复位分量(或复位信号)和图像分量(或图像信号)，并提取该复位分量和图像分量之间的差作为有效信号分量，这被称为相关双采样。这样，比较电路141可以输出应用了相关双采样技术的比较结果信号。
斜坡信号发生器160可以生成斜坡信号RAMP。斜坡信号发生器160可以基于由定时发生器170提供的斜坡控制信号来操作。斜坡控制信号可以包括斜坡使能信号、模式信号等。当斜坡使能信号RAMP被激活时，斜坡信号发生器160可以生成具有基于模式信号设置的斜率的斜坡信号RAMP。
计数器块150可以包括多个计数器151。多个计数器151中的每一个计数器可以连接到比较电路141的相应的输出端子，并且可以基于每个比较电路141的输出来计数。计数器控制信号可以包括计数器时钟信号、控制多个计数器151的复位操作的计数器复位信号、以及反转多个计数器151中的每一个计数器的内部位的反转信号。计数器块150对比较结果信号进行计数，并根据计数器时钟信号将该比较结果信号作为数字信号输出。
计数器151可以包括向上/向下(up/down)计数器、逐位(bit-wise)反转计数器等。此时，逐位反转计数器可以执行类似于向上/向下计数器的操作。例如，当仅执行向上计数和特定信号的功能到达时，逐位反转计数器可以通过反转逐位反转计数器内的所有位来执行产生1的补码的功能。逐位反转计数器可以通过在执行复位计数之后反转复位计数来将复位计数转换为1的补码，换句话说，负值。
缓冲器180可以包括列存储器块181和感测放大器182，其中列存储器块181可以包括多个存储器183。多个存储器183中的每一个存储器可以临时存储从多个计数器151中的相应的一个计数器输出的数字信号，并且可以将该数字信号输出到感测放大器182。感测放大器182可以感测并放大从多个存储器183输出的数字信号。感测放大器182可以输出放大的数字信号作为图像数据IDTA。
因此，可以将像素信号PXS保持在某一电压(例如箝位电压)值之上，并且可以通过交替地将第一电压和第二电压施加到第一像素的浮置扩散节点来防止在第二像素的读取操作期间在像素111中生成的各种噪声。另外，可以实现精确的箝位技术，因为位于第二像素附近并提供低寄生电阻值的第一像素可以作为箝位电路操作，而不需要设计附加层或电路来去除该噪声。换句话说，第一像素可以作为箝位行的像素来操作，以用于在第二像素的读取操作期间箝位第二像素的像素信号PXS的电压。
图3A和3B示出了根据本发明构思的示例性实施例的箝位控制器。
参考图3A，箝位控制器121a可以输出第一电压V1或第二电压V2作为箝位信号CLP。箝位控制器121a可以包括第一开关S1和第二开关S2，并且可以根据从箝位控制器121a外部施加的控制信号CTR保持断开或短路状态。例如，箝位控制器121a可以接收第一电压V1和第二电压V2，并根据从定时发生器170接收的控制信号CTR控制第一开关S1和第二开关S2中的至少一个处于断开或短路状态。箝位控制器121a可以输出第一电压V1或第二电压V2作为箝位信号CLP。
箝位控制器121a可以以预定(prefixed)时间间隔交替输出第一电压V1和第二电压V2。例如，可以将第一电压V1施加到第一像素，以及然后可以在第二像素的读取操作期间施加第二电压V2，并且可以使箝位信号的电压差为第一电压V1和第二电压V2之间的差。
根据本发明构思的示例性实施例，在定时发生器170施加复位信号的情况下，可以控制箝位控制器121a以使第一开关S1短路，并且使第二开关S2断开。此后，定时发生器170可以向第一像素和第二像素施加选择信号，以及然后，在预定时间之后，可以控制箝位控制器121a以使第一开关S1断开，并且使第二开关S2短路。
参考图3B，箝位控制器121b可包括多路复用器(multiplexer，MUX)。MUX可以通过第一输入端子接收第一电压V1，以及通过第二输入端子接收第二电压V2，并根据施加到选择端子的控制信号CTR输出输入到输入端子的电压之一。图3B所示的箝位控制器121b可以执行与图3A所示的箝位控制器121a相同或相似的操作，因此将省略其详细描述。
图4示出了根据本发明构思的示例性实施例的像素阵列。
像素阵列110可以包括连接到相同列线CL的第一像素111a和第二像素111b。第一像素111a和第二像素111b可以是被包括在不同行中的像素。例如，第一像素111a和第二像素111b可以位于相邻行中，并且至少一个像素被排列在第一像素111a和第二像素111b之间。尽管为了便于解释，仅示出了被包括在每行中的一个像素，但是每行可以包括多个像素。
参考图4，第一像素111a和第二像素111b可分别包括复位晶体管RX、传输晶体管TX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX、浮置扩散电容器Cf和光电二极管PD。在这种情况下，光电二极管PD可以被实施为不同类型的光感测设备。另外，第一像素111a和第二像素111b可以接收浮置扩散节点电压VFD和箝位信号CLP，并且还可以包括与箝位线连接的箝位电容器Cp。例如，箝位线可以在行方向上延伸，并且连接到相同行中的不同列的像素。
响应于从行驱动器120接收的控制信号，像素阵列110可以复位多个像素。行驱动器120可以分别施加在第一选择晶体管SX1和第二选择晶体管SX2的栅极端子中被去激活(deactive)的选择信号作为第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2。在下文中，去激活的信号可以被称为低电平电压(例如电压VSS等)以用于逻辑低，并且可以被称为高电平电压(例如电压VDD等)以用于逻辑高。因此，第一像素111a和第二像素111b的输出可以被阻断。行驱动器120可以分别施加在第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2的栅极端子中被去激活的选择信号作为第一复位信号RS1和第二复位信号RS2。因此，第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2可以被复位为电源电压VDD。
响应于从行驱动器120接收的控制信号，像素阵列110可以执行箝位功能。例如，像素阵列110可以通过在第二像素111b的读取操作期间控制从第一像素111a输出的电压来箝位像素信号PXS。
根据本发明构思的示例性实施例，行驱动器120可以分别施加在第一选择晶体管SX1和第二选择晶体管SX2的栅极端子中被去激活的选择信号作为第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2，并且行驱动器120可以分别施加在第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2的栅极端子中被去激活的选择信号作为第一复位信号RS1和第二复位信号RS2。换句话说，像素阵列110可以完成复位操作。
此后，行驱动器120可通过第一像素111a的箝位线将第一箝位信号CLP1施加到第一箝位电容器Cp1，并调整第一浮置扩散节点电压VFD1。另外，可以根据连接到第一浮置扩散节点的第一箝位电容器Cp1和第一浮置电容器Cf1的电容值来调整第一浮置扩散节点电压VFD1。例如，在第一浮置扩散节点电压VFD1具有处于复位状态的电源电压VDD的情况下，可以根据以下等式1来确定第一浮置扩散节点电压VFD1。
等式1
在等式1中，Ctotal可以是，例如Cp1+Cf1，并且可以是连接到第一浮置扩散节点的所有电容的总和。
根据本发明构思的示例性实施例，在施加第一箝位信号CLP1的情况下，第一浮置扩散节点电压VFD1可以低于第二浮置扩散节点电压VFD2。例如，在第一电压V1大于第二电压V2的情况下，在复位完成之后，第一浮置扩散节点电压VFD1改变为低于作为复位电压的电源电压VDD的电压。由于没有将第二箝位信号CLP2施加到第二像素111b，所以第二浮置扩散节点电压VFD2可以被保持为复位状态下的电源电压VDD。因此，第一浮置扩散节点电压VFD1改变为低于电源电压VDD的电平，第二浮置扩散节点电压VFD2可以被保持为电源电压VDD的电平。
在这种情况下，行驱动器120可以在第二像素111b的读取操作期间向第一传输晶体管TX1发送去激活的信号作为第一传输信号TG1。根据光电二极管中生成的光电荷生成大量图像数据的像素是第二像素111b。因此，为了防止第一光电二极管PD1的输出信号被输出为像素信号PXS，可以在第二像素111b的读取操作期间将第一传输晶体管TX1保持在截止状态。
根据本发明构思的示例性实施例，可以基于第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2来确定作为输出到连接至第一像素111a和第二像素111b的列线CL的电压的像素信号PXS，这将参考图5进一步描述。
图5示出了根据本发明构思的示例性实施例的胜者全得电路的等效电路。
参考图5，根据本发明构思的示例性实施例，所示的两个晶体管可以是被包括在像素中的驱动晶体管DX。例如，第一晶体管TR1和第二晶体管TR2可以分别是被包括在第一像素111a中的第一驱动晶体管DX1和被包括在第二像素111b中的第二驱动晶体管DX2。在下文中，为了便于解释，假设第一晶体管TR1和第二晶体管TR2被实施为NMOS晶体管。
根据本发明构思的示例性实施例，在第一驱动晶体管TR1的第一栅极电压VG1大于第二晶体管TR2的第二栅极电压VG2的情况下，施加到公共节点CN的电压等于通过从第一栅极电压VG1减去栅极-源极电压Vgs而获得的值。换句话说，可以获得VG1Vgs＝VCN。另外，在第一驱动晶体管TR1的第一栅极电压VG1大于第二晶体管TR2的第二栅极电压VG2的情况下，偏置电流Io可以是基于第一电流I1的值，并且是与第二电流I2无关的值。因此，只有具有大栅极电压电平的晶体管可以操作，而具有低栅极电压电平的晶体管可以不操作。这可以称为胜者全得电路。例如，参考图5和图4，其中将电压施加到图5中的公共节点CN的原理类似于其中将电压施加为图4中的像素信号PXS的原理。在这种情况下，第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2可以分别与图4中的第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2相对应。这是因为在图4中的第二像素111b的读取操作期间，第一选择晶体管SX1和第二选择晶体管SX2处于导通状态。
再次参考图4，可以基于第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2之间的高电压来确定从第一像素111a和第二像素111b输出到列线CL的像素信号PXS。如所描述的，第一驱动晶体管DX1和第二驱动晶体管DX2可以是胜者全得电路中的源极跟随器晶体管。在这种情况下，基于第二浮置扩散节点电压VFD2的电压值可以是箝位电压VCLP。当第一浮置扩散节点电压VFD1大于箝位电压VCLP时，作为像素信号PXS施加的电压可以是第一浮置扩散节点电压VFD1。相反，当第一浮置扩散节点电压VFD1低于箝位电压CLP时，作为像素信号PXS施加的电压可以是箝位电压VCLP。例如，第一浮置扩散节点电压VFD1可以是通过从第一浮置扩散节点电压VFD1减去第一驱动晶体管DX1的栅极-源极电压而获得的电压。第二浮置扩散节点电压VFD2也可以是通过从第二浮置扩散节点电压VFD2减去第二驱动晶体管DX2的栅极-源极电压而获得的电压。
根据本发明构思的示例性实施例，第一像素111a可以接收第一箝位信号CLP1并生成第一像素信号，并且第二像素111b可以基于从第二光电二极管PD2接收的光电荷生成第二像素信号。由第一像素111a生成的像素信号PXS是基于第一箝位信号CLP1，并且由第二像素111b生成的像素信号PXS是基于第二光电二极管PD2。例如，第一像素信号可以是通过从第一浮置扩散节点电压VFD1减去第一驱动晶体管DX1的栅极-源极电压而获得的值，并且第二像素信号可以是通过从第二浮置扩散节点电压VFD2减去第二驱动晶体管DX2的栅极-源极电压而获得的值。由于第一驱动晶体管DX1和第二驱动晶体管DX2起胜者全得电路的功能，所以第一像素信号和第二像素信号的高电压被施加到列线CL。
图6是根据本发明构思的示例性实施例的当像素信号未被箝位时图像传感器操作的时序图。
参考图6，该图示出了在根据时间以行为单位读取像素的时间H-END期间施加到不同节点的电压，其中横轴指示时间，并且纵轴指示电压。在下文中，将根据时间从左侧到右侧提供描述。
根据本发明构思的示例性实施例，第一像素和第二像素可以处于复位状态。行驱动器120可以将选择信号SEL和复位信号RS施加到第一像素和第二像素。例如，选择信号SEL和复位信号RS可以以反相状态被施加。
参考图6，在t61处，行驱动器120可以施加去激活的选择信号作为选择信号SEL，并且施加激活的复位信号作为复位信号RS以便复位第一像素和第二像素。此后，在t62处，激活的选择信号可以作为选择信号SEL被施加，并且去激活的复位信号可以作为复位信号RS被施加。同时，在第二像素的读取操作期间，去激活的选择信号SEL可以一直被施加到除了第一像素和第二像素之外的剩余像素。
另外，在t61处，箝位控制器121可以使第一开关CLP_S1短路，并且使第二开关CLP_S2断开，以便将第一电压V1施加到第一像素的箝位线上。同样，在MUX被实施为如图3B所示的情况下，可以选择并输出第一电压V1。因此，在t61处，第一像素的箝位信号CLP1具有第一电压V1，并且根据第一箝位电容器和第一浮置扩散节点电容器的电荷分布，基于第一电压V1的大小的电压作为第一浮置扩散节点电压VFD1被施加。例如，在第一电压V1是电源电压VDD的情况下，第一浮置扩散节点电压VFD1与第二浮置扩散节点电压VFD2相等地上升。第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2两者都可以复位为电源电压VDD。
根据本发明构思的示例性实施例，在t63处，箝位控制器121可以将第一电压V1施加到第一像素，以及然后将低于第一电压V1的第二电压V2施加到第一像素。定时发生器170可以发送激活的选择信号SEL和去激活的复位信号RST，并且在固定时间之后，定时发生器170可以控制行驱动器120和/或箝位控制器121，以便由箝位控制器121将第二电压V2施加到第一像素。已经施加了第一电压V1的箝位控制器121可以使第一开关CLP1_S1断开以及使第二开关CLP1_S2短路，以便将第二电压V2施加到第一像素。
在t63处，施加到第一箝位线的第一箝位信号CLP1的电压和第一浮置扩散节点电压VFD1可以根据从箝位控制器121输出的电压的大小的减小而减小。在这种情况下，由于第二浮置扩散节点电压VFD2大于第一浮置扩散节点电压VFD1，所以像素信号PXS不会改变。例如，箝位信号CLP1的电压电平减小了第一电压V1和第二电压V2之间的差。另外，第一浮置扩散节点电压VFD1降低了与第一电压V1和第二电压V2之间的差类似的电平。
根据本发明构思的示例性实施例，在t64处完成复位之后，行驱动器120可以施加激活的传输信号作为第二传输晶体管的传输信号TG2。在第二传输晶体管被导通时，可以通过使用由第二像素的第二光电二极管生成的光电子来降低第二浮置扩散节点电压VFD2的电压21。
从第二浮置扩散节点电压VFD2的电压21减去第二驱动晶体管的栅极-源极电压而获得的电压22可以作为像素信号PXS被施加到列线。同时，从第一像素的第一浮置扩散节点电压VFD1的电压23减去第一驱动晶体管的栅极-源极电压而获得的电压24可以被称为箝位电压VCLP。在这种情况下，第二浮置扩散节点电压VFD2的电压21大于第一浮置扩散节点电压VFD1的电压23。因此，像素信号PXS可以基于通过使用第二像素的第二光电二极管生成的光电荷来确定，而与第一像素无关。
图7是根据本发明构思的示例性实施例的当像素信号被箝位时图像传感器操作的时序图。为了便于解释，将省略类似于图6的操作的描述。
根据本发明构思的示例性实施例，在t65处完成复位之后，行驱动器120可以施加激活的传输信号作为第二晶体管的传输信号TG2。在第二晶体管被导通时，由第二像素的第二光电二极管产生的光电子可以使第二浮置扩散节点电压VFD2的电压25比第一浮置扩散节点电压VFD1的电压23降低得更多。例如，当入射到第二光电二极管上的光过于明亮时，可以生成大量光电子，并且可以降低电压值。在这种情况下，从第一像素的第一浮置扩散节点电压VFD1的电压23减去第一驱动晶体管的栅极-源极电压而获得的电压24可以被称为箝位电压VCLP。
另一方面，从第二浮置扩散节点电压VFD2的电压25减去第二驱动晶体管的栅极-源极电压而获得的电压26不作为像素信号PXS施加到列线。这是因为第一浮置扩散节点电压VFD1的电压23大于第二浮置扩散节点电压VFD2的电压25。因此，像素信号PXS被确定为由第一像素输出的箝位电压VCLP，而与第二像素无关。
因此，当在第二像素的读取操作期间进入过多的光时，由于第一像素可以通过使用箝位电压VCLP来操作以使得像素信号PXS的电压不会减小到预定值以下，所以可以防止在像素中生成的各种噪声(例如，水平带噪声)。
图8示出了根据本发明构思的示例性实施例的处于复位状态的图1的图像传感器。参考图8，图像传感器100可以包括第一像素111a、第二像素111b和箝位控制器121。
箝位控制器121可以通过使用在像素阵列110的行方向上延伸的箝位线以行为单位连接到多个像素。例如，箝位控制器121可以通过使用第一箝位线连接到第一像素111a，以及通过使用第二箝位线连接到第二像素111b。
根据本发明构思的示例性实施例，定时发生器170可以在第二像素111b的读取操作期间将与第一像素111a相对应的箝位控制器121的输出控制为第一电压V1或第二电压V2，并且被包括在与剩余像素相对应的箝位控制器121中的开关可以被控制为保持断开状态或仅输出第一电压V1的状态。
根据本发明构思的示例性实施例，基于从定时发生器170接收的控制信号CTR，第一箝位信号CLP1可以具有第一电压V1，第一复位信号RS1和第二复位电压RS2可以每个具有激活的复位信号，并且第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2可以每个具有去激活的选择信号。电源电压VDD可以被施加到第一像素111a和第二像素111b中的每一个。换句话说，第一像素111a和第二像素111b可以如参考图6和图7所述处于复位状态。在这种情况下，第一电压V1可以被施加到第二箝位信号CLP2。
图9示出了根据本发明构思的示例性实施例的复位完成后的图1的图像传感器。参考图9，图像传感器100可以包括第一像素111a、第二像素111b和箝位控制器121。
根据本发明构思的示例性实施例，基于从定时发生器170接收的控制信号CTR，第二传输晶体管的传输信号TG2可以具有激活的传输信号，第一箝位信号CLP1可以具有第二电压V2，第一复位信号RS1和第二复位信号RS2可以是去激活的复位信号，并且第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2可以是激活的选择信号。电源电压VDD可以被施加到第一像素111a和第二像素111b中的每一个。
根据本发明构思的示例性实施例，随着低于第一电压V1的第二电压V2被顺序施加到第一箝位电容器Cp1，第一浮置扩散节点电压VFD1可以减小。另一方面，第二光电二极管PD2可以根据光电子输出光电流IPD2和与该光电流IPD2相对应的电压，并且在第二传输晶体管TX2被导通时，将第二浮置扩散节点电压VFD2降低到作为复位状态的电压的电源电压VDD以下。
同时，第一驱动晶体管DX1和第二驱动晶体管DX2可以由参考图5描述的胜者全得电路来驱动。当第一浮置扩散节点电压VFD1大时，像素信号PXS由第一像素111a的输出来确定。当第二浮置扩散节点电压VFD2大时，像素信号PXS由第二像素111b的输出来确定。换句话说，根据本发明构思的示例性实施例，当第二光电二极管PD2发射大量光电子并且第二浮置扩散节点电压VFD2过度降低时，可以通过不将像素信号PXS降低到箝位电压VCLP以下来防止像素中可能发生的噪声，其中该箝位电压VCLP是基于第一浮置扩散节点电压VFD1的电压。
图10是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的流程图。
根据本发明构思的示例性实施例，在操作S310中，图像传感器100可以复位被包括在像素阵列110中的多个像素。例如，多个像素可以接收通过复位晶体管RX供应的电源电压VDD，并且浮置扩散节点的电压可以被复位为电源电压VDD。
同时，在操作S320中，图像传感器100可以将箝位信号CLP1施加到第一行像素，其中该箝位信号CLP1在复位操作期间将电压电平从第一电压V1减小到低于该第一电压V1的第二电压V2。例如，第一行像素可以包括第一像素110a。在这种情况下，可以通过第一箝位电容器Cp1施加与箝位信号CLP1相对应的第一浮置扩散节点电压VFD1。例如，当箝位信号CLP1的电压电平由于第一箝位线电连接到第一浮置扩散节点而减小时，第一浮置扩散节点电压VFD1也减小。
同时，在操作S330中，施加了光电荷的第二行像素的传输晶体管可以被导通。例如，第二行像素可以包括第二像素111b。当第二行像素被导通时，与第一行像素或第二行像素的电压相对应的电压可以作为像素信号PXS被施加。在本发明构思的示例性实施例中，当第一浮置扩散节点电压VFD1大于第二浮置扩散节点电压VFD2时，第一浮置扩散节点电压VFD1可以作为像素信号PXS被施加到列线。换句话说，像素信号PXS可以由图像传感器100内部生成的电压来确定，而不是由根据由第二光电二极管PD2从外部入射的光的信号来确定。在本发明构思的示例性实施例中，当第二浮置扩散节点电压VFD2大于第一浮置扩散节点电压VFD1时，第二浮置扩散节点电压VFD2可以作为像素信号PXS被施加到列线。换句话说，与从外部入射的光相对应的信号可以作为像素信号PXS被施加到列线。
图11是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的特定操作方法的流程图。
根据本发明构思的示例性实施例，在操作S310中，图像传感器100可以复位多个像素。在操作S311中，在复位操作期间，与第一行像素和第二行像素相对应的选择晶体管可以施加去激活的选择信号并将浮置扩散节点复位到电源电压VDD。在这种情况下，第一电压可以被施加到第一行像素。
此后，在操作S312中，激活的选择信号可以被施加到第一行像素和第二行像素。在这种情况下，去激活的选择信号可以被施加到除了第一行像素和第二行像素之外的像素。
另一方面，在操作S321中，箝位控制器121可以将低于第一电压V1的第二电压V2施加到已经接收第一电压V1的第一行像素。在这种情况下，在操作S322中，由于与第二电压V2相对应的电压可以被施加到第一浮置扩散节点，所以第一浮置扩散节点电压VFD1可以减小。然而，在操作S323中，第二浮置扩散节点电压VFD2保持在作为复位状态下的电压的电源电压VDD。此后，在操作S331中，行驱动器120施加信号以导通第二行像素的第二传输晶体管TX2。因此，在操作S332中，基于第一浮置扩散节点电压VFD1和第二浮置扩散节点电压VFD2的高电压来确定与第一行像素和第二行像素相对应的列线的像素信号PXS。
图12是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理系统的框图。
参考图12，图像处理系统400可以包括图像传感器100、图像处理器200、显示器单元500和透镜320。
图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、ADC 130、斜坡信号发生器160、定时发生器170、控制寄存器块190和缓冲器180。行驱动器120可以包括箝位控制器121。
图像传感器100可以通过图像处理器200的控制来感测通过透镜320捕获的物体310，并且图像处理器200可以将由图像传感器100感测并输出的图像输出到显示器单元500。显示器单元500可以包括能够输出图像的任何装置。例如，显示器单元500可以包括计算机、移动电话或其他图像输出端子。
图像处理器200可以包括相机控制器201、图像信号处理器202和PC I/F(interface，接口)203。相机控制器201可以控制控制寄存器块190。例如，相机控制器201可以通过使用内部集成电路(inter-integrated circuit，I2C)来控制图像传感器100，例如，控制寄存器块190。然而，本发明的构思不限于此，并且各种接口可以应用于相机控制器201和控制寄存器块190之间。
图像信号处理器202可以接收作为缓冲器180的输出信号的图像IDTA，加工/处理图像，使得图像对人来说看起来良好，并且将加工/处理的图像输出到显示器单元500。可替换地，图像信号处理器202可以经由PC I/F 203从外部主机接收控制信号，并将加工/处理的图像提供给外部主机。在图12中，图像信号处理器202被示出为在图像处理器200中，但不限于此。例如，图像信号处理器202可以在图像传感器100中。
另一方面，参考图1描述的图像传感器100可以被应用为图12的图像传感器100。控制寄存器块190可以向斜坡信号发生器160、定时发生器170和缓冲器180输出控制信号并控制其操作。控制寄存器块190可以根据相机控制器201的控制来操作。
参考上述示例性实施例详细描述像素阵列110、行驱动器120、ADC 130、定时发生器170和缓冲器180，因此省略其重复描述。
虽然已经参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明的构思，但是本领域的普通技术人员将理解，可以对其进行形式和细节上的各种改变，而不脱离由所附权利要求阐述的本发明构思的精神和范围。

Claims (19)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括连接到第一列线的第一像素和第二像素；
行驱动器，被配置为控制所述第二像素的读取操作；以及
第一箝位线，从所述行驱动器在行方向上延伸，
其中，所述第一像素还包括连接在所述第一箝位线和所述第一像素的浮置扩散节点之间的第一电容器，并且
其中，在所述第二像素的读取操作期间，基于所述第一像素的浮置扩散节点的电压和所述第二像素的浮置扩散节点的电压来确定所述第一列线的电压。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述第二像素的读取操作期间，基于所述第一像素的浮置扩散节点的电压和所述第二像素的浮置扩散节点的电压之间的较高电压来确定所述第一列线的电压。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述行驱动器包括箝位控制器，所述箝位控制器被配置为在所述第二像素的读取操作期间在施加第一电压之后，向所述第一箝位线顺序施加低于所述第一电压的第二电压。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括：
定时发生器，
其中，所述箝位控制器根据从所述定时发生器接收的控制信号将所述第一电压或所述第二电压施加到所述第一箝位线上。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述行驱动器被配置为在所述第二像素的读取操作期间在所述第一像素的复位晶体管被导通之后施加所述第二电压。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第一电压是电源电压，并且所述行驱动器还被配置为生成所述第二电压。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一像素和所述第二像素是被布置在相邻行中的像素。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述行驱动器在所述第二像素的读取操作期间激活所述第一像素和所述第二像素的选择信号。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一列线的电压大于或等于在所述第二像素的读取操作期间通过从所述第一像素的浮置扩散节点的电压减去所述第一像素的传输晶体管的栅极-源极电压而获得的值。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一像素是箝位像素电压的、布置在第一行中的至少一个像素，并且所述第二像素是根据光电流生成输出的、布置在第二行中的至少一个像素。
11.一种像素阵列，包括：
第一行像素，被配置为响应于从外部接收箝位信号而生成第一像素信号；和
第二行像素，被配置为基于光电二极管的输出生成第二像素信号，
其中，所述第一行像素包括连接在从行驱动器延伸的第一箝位线和所述第一行像素的浮置扩散节点之间的第一电容器，并且
其中，施加到连接至所述第一行像素和所述第二行像素的列线的电压是基于所述第一像素信号和所述第二像素信号中的至少一个的电压。
12.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，施加到所述列线的电压是所述第一像素信号和所述第二像素信号之间的高电压。
13.根据权利要求12所述的像素阵列，其中，所述箝位信号具有第一电压或第二电压的值，
在所述第一行像素和所述第二行像素复位之后，所述第一行像素接收所述第二电压，并且
当所述第二行像素接收选择信号时，确定施加到所述列线的电压。
14.根据权利要求13所述的像素阵列，其中，响应于所述选择信号所述第二行像素的传输晶体管被导通，并且
基于所述第一像素信号的电压和基于所述第二像素信号的电压分别是通过从所述第一行像素的输出电压减去栅极-源极电压而获得的电压和通过从所述第二行像素的输出电压减去栅极-源极电压而获得的电压。
15.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，所述箝位信号具有第一电压或第二电压的值，
所述第一像素信号是基于所述第一电压和所述第二电压之间的差的电压值，并且
所述第二像素信号是与所述光电二极管的输出相对应的电压值。
16.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，在所述第二行像素的读取操作期间除了所述第一行像素和所述第二行像素之外的剩余像素接收未激活的选择信号。
17.一种包括多个像素的图像传感器的操作方法，所述操作方法包括：
在复位操作中复位所述多个像素；
将箝位信号施加到第一行像素的第一电容器以调整第一行像素的浮置扩散节点的电压，该箝位信号的电压电平在复位操作期间从第一电压减小到小于所述第一电压的第二电压，其中，所述浮置扩散节点被连接到所述第一电容器；以及
导通传输晶体管以接收第二行像素的光电二极管的输出。
18.根据权利要求17所述的操作方法，还包括：
降低第一行像素的第一浮置扩散节点的电压以与所述第二电压相对应。
19.根据权利要求18所述的操作方法，其中，所述第一行像素和所述第二行像素将所述第一行像素的第一浮置扩散节点的电压和所述第二行像素的第二浮置扩散节点的电压之间的较高电压施加到与所述第一行像素和所述第二行像素相对应的列线。
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