提供了一种像素布置、图像传感器和用于操作像素布置的方法。
背景技术：
1、图像传感器通常包括像素布置的阵列。用于将电磁辐射转换成电信号的高动态范围是有益的。然而，像素布置的尺寸必须保持较小。
技术实现思路
1、在实施例中，像素布置包括光电二极管、实现为浮动扩散电容的电容、耦合到该光电二极管和该电容的转移晶体管、具有耦合到该电容的输入的放大器、第一电容器和第二电容器、耦合到该放大器的输出和该第一电容器的第一晶体管、耦合到该第一晶体管和该第二电容器的第二晶体管、以及耦合到该电容和该第二电容器的耦合晶体管。
2、有利地，该电容处的电荷可以经由该耦合晶体管或经由该放大器和该第一晶体管和/或该第二晶体管提供给该第二电容器。因此，由该光电二极管提供的电荷可以通过用该放大器放大而以高灵敏度检测，并且通过直接向该第二电容器提供电荷而以低灵敏度检测。该像素布置可以在较小区域中实现。因此，可以减小像素尺寸和芯片面积，并且像素布置仍然提供高动态范围（缩写为hdr）和低固定模式噪声（缩写为fpn）。
3、在实施例中，该像素布置还包括电源端子和耦合到该电容和该电源端子的复位晶体管。该复位晶体管被配置为例如在复位阶段将该电容耦合到该电源端子。
4、在实施例中，该像素布置还包括参考电位端子和耦合到该放大器的该输出和该参考电位端子的另一复位晶体管。该另一复位晶体管被配置为使该第一电容器或该第二电容器和该第一电容器放电。
5、在该像素布置的实施例中，该第一电容器包括耦合到该第一晶体管和该第二晶体管之间的节点的第一电极和耦合到该参考电位端子的第二电极。该第二电容器包括耦合到该第二晶体管和该耦合晶体管之间的节点的第一电极和耦合到该参考电位端子的第二电极。该第一晶体管被配置为将该第一电容器耦合到该放大器的该输出。该第二晶体管被配置为将该第一电容器耦合到该第二电容器。
6、在该像素布置的实施例中，在该电源端子处分接（tapped）电源电压。在该参考电位端子处分接参考电位。该电源电压相对于该参考电位为正。
7、在实施例中，该像素布置还包括另一光电二极管和耦合到该另一光电二极管和该电容的另一转移晶体管。在示例中，不同的曝光时间可以用于该光电二极管和该另一光电二极管。
8、在该像素布置的实施例中，该放大器包括放大器晶体管，该放大器晶体管具有耦合到该放大器的该输入的控制端子、耦合到该电源端子的第一端子和耦合到该放大器的该输出的第二端子。
9、在实施例中，该像素布置还包括列线和另一放大器，该另一放大器具有耦合到该第二电容器的输入和耦合到该列线的输出。
10、在该像素布置的实施例中，该另一放大器包括另一放大器晶体管，该另一放大器晶体管具有耦合到该放大器的该输入的控制端子、耦合到该电源端子的第一端子和耦合到该放大器的该输出的第二端子。
11、在实施例中，该像素布置还包括耦合到该列线和该另一放大器的输出的选择晶体管。有利地，该第二电容器经由该另一放大器和该选择晶体管耦合到该列线。
12、在实施例中，该像素布置还包括附加放大器，该附加放大器具有耦合到该第一电容器的输入和耦合到该列线的输出。
13、在实施例中，该像素布置还包括耦合到该列线和该附加放大器的该输出的附加选择晶体管。有利地，该第一电容器和该第二电容器可以单独地耦合到该列线。
14、在实施例中，图像传感器包括像素布置的阵列，例如像素布置的n乘m阵列。
15、在实施例中，该图像传感器还包括定时发生器，该定时发生器被配置为向该转移晶体管的控制端子提供转移信号。该转移信号的第一脉冲具有第一电压值。该转移信号的第二脉冲具有第二电压值。该第一电压值和该第二电压值不同。该第一脉冲和该第二脉冲例如处于存储阶段。在示例中，在该存储阶段中，至少取决于该第一脉冲将电荷存储在该第二电容器中，并且至少取决于该第二脉冲将另一电荷存储在该第一电容器中。该电荷和该另一电荷例如取决于该光电二极管的照明、该第一电压值、该第二电压值、该第一脉冲和该第二脉冲的定时等。
16、在图像传感器的实施例中，该第二脉冲在该第一脉冲之后。
17、在实施例中，一种用于操作像素布置的方法包括：
18、-通过光电二极管将电磁辐射转换成电荷，
19、-向复位晶体管提供复位信号的脉冲并向耦合晶体管提供耦合信号的脉冲，以用于向电容和第二电容器提供电源电压，
20、-向转移晶体管提供转移信号的第一脉冲并向该耦合晶体管提供该耦合信号的脉冲，以用于将电荷从该光电二极管转移到该电容和该第二电容器，
21、-向该转移晶体管提供该转移信号的第二脉冲，以用于将另一电荷从该光电二极管转移到该电容，以及
22、-通过向第一晶体管提供第一控制信号的脉冲来放大在该电容处分接的电容电压并向第一电容器提供放大的电容电压。
23、有利地，该方法实现了具有相对较小的像素尺寸的高动态范围图像。像素中的电容器的数量保持较少。
24、在示例中，该电磁辐射在曝光阶段中由该光电二极管转换成电荷。上面提到的该复位信号、该耦合信号、该转移信号和该第一控制信号的脉冲在该曝光阶段之后的存储阶段中执行。
25、上面描述的该像素布置和该图像传感器特别适用于操作像素布置的该方法。因此，结合该像素布置和该图像传感器描述的特征可以用于该方法，反之亦然。
26、在该方法的实施例中，该转移信号的该第一脉冲具有第一电压值，并且该转移信号的该第二脉冲具有第二电压值。该第一电压值不同于该第二电压值。该第一脉冲和该第二脉冲例如是在该存储阶段。该转移晶体管具有受控路径。该受控路径在该第一电压值处具有比该受控路径在该第二电压值处更低的电导值。该受控路径是该光电二极管和该电容之间的电荷流动的势垒（barrier）。该第一脉冲导致比该第二脉冲更高的势垒。该转移信号实现对该转移晶体管产生的势垒的势垒调制。
27、在该方法的实施例中，在读出阶段中，首先经由列线读出该第二电容器，并且然后经由该列线读出第一电容器。在该读出阶段期间的第一阶段中，读出存储低灵敏度信号的该第二电容器，并且在该读出阶段期间的第二阶段中，读出存储高灵敏度信号的该第一电容器。
28、在该方法的实施例中，在该读出阶段中，该电容被复位并且经由该列线读出复位电平。
29、在该方法的实施例中，在通过该光电二极管将电磁辐射转换成电荷期间，提供该复位信号的第一数量m个脉冲和该转移信号的第一数量m个脉冲。该复位信号的脉冲和该转移信号的脉冲同时提供和/或重叠。这些脉冲处于曝光阶段。因此，该光电二极管经由该转移晶体管和该复位晶体管耦合到该电源端子第一数量m次。该第一数量m是例如1、2或3。该第一数量m例如大于1或大于2。该光电二极管的电荷被释放到该电源端子。该转移信号的数量m个脉冲的电压值相等或包括至少两个不同的值。因此，由该转移晶体管提供的势垒被调制。
30、在实施例中，该方法还包括基于像素读出期间的第一阶段中的幅度电平和像素读出期间的第二阶段中的幅度电平来确定是使用该低灵敏度信号还是该高灵敏度信号用于进一步处理。
31、在实施例中，该像素布置实现具有低面积的高动态范围自校准势垒调制像素。
32、该像素布置被配置用于作为应用进行成像。
33、在实施例中，该图像传感器被实现为互补金属氧化物半导体图像传感器，缩写为cmos集成传感器或cis。该图像传感器可以用于人造现实（缩写为ar）、虚拟现实（缩写为vr）、汽车和其他图像传感器应用。
34、在实施例中，该转移晶体管、该耦合晶体管、该复位晶体管、该另一复位晶体管、该第一晶体管、该第二晶体管和该选择晶体管被实现为金属氧化物半导体场效应晶体管，缩写为mosfet。它们中的每一个被实现为n沟道mosfet。
35、有利地，该像素布置具有可以实现高动态范围成像的较小尺寸（因此导致更小的芯片）。图像传感器使用全局快门方法操作，例如，电压域全局快门法。
36、该像素布置使用一个电容器，该电容器被操作用于电压域全局快门，也用于校准势垒调制的拐点。该像素布置和该图像传感器确保拐点中的低fpn，同时由于该电容器被重复使用而占用较小的面积。被实现用于电压域全局快门的两个电容器中的一个电容器被重复使用。
1.一种像素布置，包括：
2.根据权利要求1所述的像素布置，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的像素布置，还包括：
4.根据权利要求1至3中的一项所述的像素布置，
5.根据权利要求4所述的像素布置，
6.根据权利要求1至5中的一项所述的像素布置，还包括：
7.根据权利要求1至6中的一项所述的像素布置，
8.根据权利要求1至7中的一项所述的像素布置，还包括：
9.根据权利要求8所述的像素布置，
10.根据权利要求8或9所述的像素布置，还包括耦合到所述列线和所述另一放大器的输出的选择晶体管。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的像素布置，还包括附加放大器，所述附加放大器具有耦合到所述第一电容器的输入和耦合到所述列线的输出。
12.根据权利要求11所述的像素布置，还包括耦合到所述列线和所述附加放大器的所述输出的附加选择晶体管。
13.一种图像传感器，包括根据权利要求1至12中的一项所述的像素布置的阵列。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括定时发生器，所述定时发生器被配置为向所述转移晶体管的控制端子提供转移信号，其中，所述转移信号的第一脉冲具有第一电压值，所述转移信号的第二脉冲具有第二电压值，并且所述第一电压值与所述第二电压值不同。
15.一种用于操作像素布置的方法，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，
17.根据权利要求15或16所述的方法，
18.根据权利要求17所述的方法，
19.根据权利要求15至18中的一项所述的方法，
