[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1447586A [43]公开日2003年10月8日
[21]申请号03108315.3[21]申请号03108315.3
[22]申请日2003.03.27[30]优先权
[32]2002.03.27 [33]US [31]10/109390
[71]申请人全视技术有限公司
地址美国加利福尼亚州
[72]发明人H·杨 X·何 Q·单 [74]专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司代理人吴立明 陈霁
[51]Int.CI 7H04N 3/15H04N 5/335
权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页
[54]发明名称
消除线性CMOS图像传感器中kTC噪声的方法和装
置
[57]摘要
法包括首先在像素开始积分周期之前从像素捕获第
捕获像素信号。随后，在随着积分周期完成之后，
捕获第二基准黑电平信号。最后，输出第一基准黑
电平信号、第二基准黑电平信号和像素信号。
03108315.3权 利 要 求 书第1/2页
1.一种从像素中读出像素信号的方法，包括：
在所述像素开始积分周期之前，从所述像素中捕获第一基准黑电平信号；
在完成所述积分周期之后，捕获像素信号；
完成所述积分周期后，捕获第二基准黑电平信号；以及 输出所述第一基准黑电平信号、所述第二基准黑电平信号和所述像素信号。
2.权利要求1的方法，其中当所述像素执行复位功能时，捕获所述第一基准黑电平信号。
3.权利要求1的方法，其中通过缓冲器输出所述第一基准黑电平信号、所述第二基准黑电平信号和所述像素信号。
4.权利要求1的方法，其中所述第一基准黑电平信号是前一读出周期中的前一第二基准黑电平信号。
5.权利要求1的方法，其中所述第二基准黑电平信号将用作随后的读出周期的随后的第一基准黑电平信号。
6.用于读出由像素输出的像素信号的列读出电路，所述电路包括：
连接到所述像素的像素信号支线，所述像素信号支线包括像素信号存储元件、像素信号选择开关和像素 信号读取开关，所述像素信号选择开关连接到所述像素和所述像素信号存储元件以便在所述像素信号存储元件上选择性地存储所述像素信号，所述像素信号读取开关连接到所述像素信号存储元件以便从所述像素信号存储元件选择性地读出所述像素信号；
连接到所述像素的第一基准黑电平信号支线，所述第一基准黑电平信号支线包括第一基准黑电平存储元件、第一基准黑电平选择开关和第一基准黑电平读取开关，所述第一基准黑电平选择开关连接到所述像素和所述第一基准黑电平存储元件以便在所述第一基准黑电平存储元件上选择性地存储第一基准黑电平信号，所述第一基准黑电平读取开关连接到所述第一基准黑电平存储元件以便从所述第一基准黑电平存储元件中选择性地读出所述第一基准黑电平信号；以及 连接到所述像素的第二基准黑电平信号支线，所述第二基准黑电
03108315.3权 利 要 求 书 第2/2页
平信号支线包括第二基准黑电平存储元件、第二基准黑电平选择开关和第二基准黑电平读取开关，所述第二基准黑电平选择开关连接到所述像素和所述第二基准黑电平存储元件以便在所述第二基准黑电平存储元件上选择地存储第二基准黑电平信号，所述第二基准黑电平读取开关连接到所述第二基准黑电平存储元件以便从所述第二基准黑电平存储元件中选择性地读出所述第二基准黑电平信号。
7.权利要求6的电路，其中在像素信号积分周期开始之前，在所述第一基准黑电平存储元件上存储所述第
一基准黑电平信号。
8.权利要求6的电路，其中在完成像素信号积分周期之后，在所述第二基准黑电平存储元件上存储所述第二基准黑电平信号。
9.权利要求6的电路，其中由电容器形成所有的所述存储元件。
10.权利要求6的电路，进一步包括连接到所有所述读取开关的缓冲器以便允许通过所述缓冲器从存储元件读出该信号。
03108315.3说 明 书第1/5页消除线性CMOS图像传感器中kTC噪声的方法和装置
技术领域
本发明总的涉及CMOS图像传感器，更具体地，本发明涉及用于消除线性图像传感器中的kTC噪声的方法和电路。
背景技术
集成电路技术已经使包括计算机、控制系统、电信和图像的各种不同领域产生重大变革。例如，在成像
领域中，已经证实CMOS图像传感器相对于CCD成像器件的制造更廉价。此外，对于某些应用，CMOS 器件在性能上更优越。例如，可以将必需的信号处理逻辑电路集成在成像电路一侧，因此允许单一集成芯片形成完全独立的成像器件。 尽管CMOS图像传感器技术的进展，仍然存在阻止它们的广泛接受的问题。这种问题之一是在复位操作期间在CMOS像素中引入的“kTC”噪声。特别是，在CMOS阵列中，在像素开始它的“积分”周期之前必须复位每个像素。通常，这种复位步骤需要每个像素使相关联的晶体管接通以便使复位电压到达关联像素的光电二极管。当关联晶体管关断时，光电二极管的电压就等于复位电压。然而，在每一个像素复位之后，在晶体管沟道中的热噪声(称为kTC噪声)就引入注入在每个像素中的电荷量的一些变化。由于热噪声实质上是随机的，一旦在各个像素上发生电压改变将不一定第二次发生相同变化。kTC噪声的幅度与波尔兹曼常数k、开尔文温度T和电流路径中的电容C有关。每个像素中的局部温度变化将引起这种随机的kTC噪声。
现有技术试图集中在改变像素的结构上来反对kTC噪声。例如，已经提出使用四个晶体管的像素。然而，这就具有大的像素尺寸和难于制造的缺点。类似地，在美国专利No.5981932中描述了通过在伪电容器中存储电荷来消除kTC噪声的一种像素。然而，这种像素需要附加的制造工艺步骤，以及操作的额外时间要求。此外，`932专利中的像素要求附加的晶体管以便提供对地或电源的附加开关。 因此，就需要提供一种简单并易于制造的能够补偿kTC噪声的方法或装置。
发明内容
03108315.3说 明 书 第2/5页
本发明的一个目的是提供一种从像素中读出像素信号的方法，包括：在所述像素开始积分周期之前，从所述像素中捕获第一基准黑电平信号；在完成所述积分周期之后，捕获像素信号；完成所述积分周期后，捕获第二基准黑电平信号；以及输出所述第一基准黑电平信号、所述第二基准黑电平信号和所述像素信号。
本发明的另一目的是提供用于读出由像素输出的像素信号的列读出电路，所述电路包括：连接到所述像素的像素信号支线，所述像素信号支线包括像素信号存储元件、像素信号选择开关和像素信号读取开关，所述像素信号选择开关连接到所述像素和所述像素信号存储元件以便在所述像素信号存储元件上选择性地存储所述像素信号，所述像素信号读取开关连接到所述像素信号存储元件以便从所述像素信号存储元件选择性地读出所述像素信号；连接到所述像素的第一基准黑电平信号支线，所述第一基准黑电平信号支线包括第一基准黑电平存储元件、第一基准黑电平选择开关和第一基准黑电平读取开关，所述第一基准黑电平选择开关连接到所述像素和所述第一基准黑电平存储元件以便在所述第一基准黑电平存储元件上选择性地存储第一基准黑电平信号，所述第一基准黑电平读取开关连接到所述第一基准黑电平存储元件以便从所述第一基准黑电平存储元件中选择性地读出所述第一基准黑电平信号；以及连接到所述像素的第二基准黑电平信号支线，所述第二基准黑电平信号支线包括第二基准黑电平存储元件、第二基准黑电平选择开关和第二基准黑电平读取开关，所述第二基准黑电平选择开关连接到所述像素和所述第
二基准黑电平存储元件以便在所述第二基准黑电平存储元件上选择地存储第二基准黑电平信号，所述第二基准黑电平读取开关连接到所述第二基准黑电平存储元件以便从所述第二基准黑电平存储元件中选择性地读出所述第二基准黑电平信号。
附图说明
在附图中，在整个本发明的非限制性和非穷举的实施例的不同视图中，相同的参考数字代表相同的部分。
图1是根据本发明形成的线性C M O S图像传感器的示意图。 图2是根据本发明形成的像素和相关的列读出电路的示意图。 图3A-3G是说明图2的列读出电路的工作时序图。
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