本公開涉及像素電路領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種像素電路以及低光照信號(hào)值的讀取方法。

背景技術(shù)：

1、圖像傳感器是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的電子器件，是現(xiàn)代光電技術(shù)的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于相機(jī)、攝像頭、智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)等設(shè)備中。圖像傳感器的核心功能是捕捉光線并生成對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，其性能直接影響成像質(zhì)量。圖像傳感器通常包括多個(gè)像素電路，每個(gè)像素電路負(fù)責(zé)感知其對(duì)應(yīng)位置上的光強(qiáng)度。像素電路內(nèi)部通常包括光電二極管(photo-diode，pd)、多個(gè)晶體管以及相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)，用于完成光信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、讀取和傳輸。

2、根據(jù)相關(guān)技術(shù)，低光照環(huán)境下，像素電路通常采用高轉(zhuǎn)換增益(high?conversiongain，hcg)模式讀出低光照信號(hào)值。具體地，高轉(zhuǎn)換增益模式能夠通過(guò)提高單位電荷引起的電壓變化(即cg值)，增加傳感器的靈敏度，使其更容易檢測(cè)到微弱的光信號(hào)。

3、在像素電路的高轉(zhuǎn)換增益模式的讀出操作中，合理高的浮動(dòng)擴(kuò)散部電壓對(duì)于通過(guò)高橫向電場(chǎng)順利地將圖像電荷從光電二極管傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部至關(guān)重要，可以防止由于浮動(dòng)擴(kuò)散部的電容過(guò)小而導(dǎo)致圖像電荷回流至光電二極管。然而，相關(guān)技術(shù)中浮動(dòng)擴(kuò)散部電壓不足，導(dǎo)致圖像電荷回流至光電二極管，進(jìn)而影響低光照環(huán)境下像素電路讀出的低光照信號(hào)值的準(zhǔn)確性。

4、需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開提供一種像素電路以及低光照信號(hào)值的讀取方法，以至少解決現(xiàn)有像素電路的高轉(zhuǎn)換增益模式下讀出的低光照信號(hào)值不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

2、一個(gè)方面，本公開的實(shí)施例提供一種像素電路，應(yīng)用于圖像傳感器，包括：光電二極管，光電二極管經(jīng)配置以響應(yīng)于入射光而光生圖像電荷；第一浮動(dòng)擴(kuò)散部和第二浮動(dòng)擴(kuò)散部，第一浮動(dòng)擴(kuò)散部和第二浮動(dòng)擴(kuò)散部經(jīng)耦合以從光電二極管接收?qǐng)D像電荷；傳送晶體管，傳送晶體管耦合于光電二極管和第一浮動(dòng)擴(kuò)散部之間，傳送晶體管經(jīng)配置以將圖像電荷從光電二極管傳送到第一浮動(dòng)擴(kuò)散部；雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，雙轉(zhuǎn)換增益晶體管耦合于第一浮動(dòng)擴(kuò)散部和第二浮動(dòng)擴(kuò)散部之間；復(fù)位晶體管，復(fù)位晶體管耦合于復(fù)位電壓線與第二浮動(dòng)擴(kuò)散部之間；橫向溢出電容，橫向溢出電容的第一端耦合于第二浮動(dòng)擴(kuò)散部，橫向溢出電容經(jīng)配置以保存從第二浮動(dòng)擴(kuò)散部溢出的圖像電荷；電壓轉(zhuǎn)換單元，電壓轉(zhuǎn)換單元具有第一電壓輸入端、第二電壓輸入端和電壓輸出端，第一電壓輸入端耦合于第一電壓線，第二電壓輸入端耦合于復(fù)位電壓線，電壓輸出端耦合于橫向溢出電容的第二端；在像素電路的高轉(zhuǎn)換增益讀出階段，電壓輸出端輸出第一電壓線的電壓，第一電壓線的輸出電壓高于復(fù)位電壓線的輸出電壓；其中，高轉(zhuǎn)換增益讀出階段用于讀出低光照信號(hào)值。

3、在一些實(shí)施例中，電壓轉(zhuǎn)換單元包括：

4、時(shí)鐘信號(hào)生成模塊，時(shí)鐘信號(hào)生成模塊用于在第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)的作用下生成非重疊的第一時(shí)鐘信號(hào)和第二時(shí)鐘信號(hào)；

5、第一晶體管，第一晶體管的第一端耦合于第二電壓輸入端，第二端耦合于電壓輸出端，柵極輸入第二時(shí)鐘信號(hào)；

6、第二晶體管，第二晶體管的第一端耦合于電壓轉(zhuǎn)換單元的第三電壓輸入端，第二端耦合于電壓輸出端，柵極輸入第一時(shí)鐘信號(hào)；其中，第三電壓輸入端耦合于第二電壓線，第二電壓線的輸出電壓低于復(fù)位電壓線的輸出電壓；

7、第三晶體管，第三晶體管的第一端耦合于第一電壓輸入端，第二端耦合于電壓輸出端，柵極通過(guò)第一非門輸入第二控制信號(hào)。

8、在一些實(shí)施例中，像素電路還包括：

9、源極跟隨器，源極跟隨器的第一端耦合于復(fù)位電壓線，柵極耦合于第一浮動(dòng)擴(kuò)散部；

10、行選晶體管，行選晶體管的第一端耦合于源極跟隨器的第二端。

11、在一些實(shí)施例中，橫向溢出電容值與浮空等效電容值的比值大于等于0.8；其中，橫向溢出電容值為橫向溢出電容的電容值，浮空等效電容值為第一浮動(dòng)擴(kuò)散部上的等效電容值、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部上的等效電容值和橫向溢出電容的電容值之和。

12、另一方面，本公開的實(shí)施例還提供一種低光照信號(hào)值的讀取方法，應(yīng)用于前述像素電路，包括：第一快門階段，清空第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部、橫向溢出電容和光電二極管中的圖像電荷；積分階段，光電二極管響應(yīng)于入射光而光生圖像電荷，圖像電荷至少存儲(chǔ)于第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容中的至少一個(gè)或多個(gè)的組合；高轉(zhuǎn)換增益讀出階段，連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第一電壓值，連通光電二極管和第一浮動(dòng)擴(kuò)散部以使光電二極管中的圖像電荷進(jìn)入第一浮動(dòng)擴(kuò)散部，并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第二電壓值，計(jì)算第二電壓值和第一電壓值的差值作為低光照信號(hào)值；其中，在高轉(zhuǎn)換增益讀出階段，電壓輸出端輸出第一電壓線的電壓，第一電壓線的輸出電壓高于復(fù)位電壓線的輸出電壓；其中，高轉(zhuǎn)換增益讀出階段用于讀出低光照信號(hào)值。

13、在一些實(shí)施例中，高轉(zhuǎn)換增益讀出階段之后，低光照信號(hào)值的讀取方法還包括：

14、橫向溢出讀出階段，連通光電二極管和第一浮動(dòng)擴(kuò)散部以使光電二極管中的圖像電荷進(jìn)入第一浮動(dòng)擴(kuò)散部，再連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第三電壓值，清空第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容中的圖像電荷，連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第四電壓值，計(jì)算第三電壓值和第四電壓值的差值作為高光照信號(hào)值；

15、第二快門階段，清空第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部、橫向溢出電容和光電二極管中的圖像電荷。

16、在一些實(shí)施例中，在第一快門階段和第二快門階段，電壓輸出端輸出復(fù)位電壓線的電壓；

17、開啟傳送晶體管、雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管，以清空第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部、橫向溢出電容和光電二極管中的圖像電荷。

18、在一些實(shí)施例中，在積分階段，電壓輸出端輸出第二電壓線的電壓；

19、傳送晶體管、雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管均處于關(guān)閉狀態(tài)；

20、當(dāng)光電二極管存在圖像電荷溢出情況時(shí)，溢出的圖像電荷依次被第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容中的至少一個(gè)或多個(gè)的組合收集。

21、在一些實(shí)施例中，在高轉(zhuǎn)換增益讀出階段，關(guān)閉傳送晶體管和復(fù)位晶體管，開啟雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，以連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容；

22、開啟傳送晶體管，關(guān)閉雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管，以連通光電二極管和第一浮動(dòng)擴(kuò)散部。

23、在一些實(shí)施例中，在橫向溢出讀出階段，電壓輸出端輸出復(fù)位電壓線的電壓；

24、開啟傳送晶體管和雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，關(guān)閉復(fù)位晶體管，以連通光電二極管、第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容；

25、關(guān)閉傳送晶體管和復(fù)位晶體管，開啟雙轉(zhuǎn)換增益晶體管，以連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第三電壓值；

26、開啟傳送晶體管、雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管，以清空光電二極管、第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容中的圖像電荷；

27、關(guān)閉傳送晶體管，開啟雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管，以連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第四電壓值；

28、關(guān)閉傳送晶體管，開啟雙轉(zhuǎn)換增益晶體管和復(fù)位晶體管，以連通第一浮動(dòng)擴(kuò)散部、第二浮動(dòng)擴(kuò)散部和橫向溢出電容并采集第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的第四電壓值。

29、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本公開至少具有如下技術(shù)效果：

30、本公開的像素電路以及低光照信號(hào)值的讀取方法，通過(guò)在像素電路中增加電壓轉(zhuǎn)換單元，并使得電壓轉(zhuǎn)換單元的電壓輸出端耦合于橫向溢出電容的第二端，在像素電路的高轉(zhuǎn)換增益讀出階段，電壓輸出端輸出第一電壓線的電壓，第一電壓線的輸出電壓高于復(fù)位電壓線的輸出電壓，進(jìn)而可以使得在像素電路的高轉(zhuǎn)換增益讀出階段橫向溢出電容的第二端的電壓變化值相較于現(xiàn)有技術(shù)增大，又由于橫向溢出電容的第二端的電壓變化值與第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的電壓變化值成正比，因此上述設(shè)置可以在像素電路的高轉(zhuǎn)換增益讀出階段提高第一浮動(dòng)擴(kuò)散部的電壓，進(jìn)而能夠在低光照環(huán)境下，避免由于第一浮動(dòng)擴(kuò)散部電容不足導(dǎo)致的圖像電荷回流至光電二極管，提高低光照環(huán)境下像素電路讀出的低光照信號(hào)值的準(zhǔn)確性。