Aktiv pixelsensor - Active-pixel sensor

En aktiv pixelsensor ( APS ) är en bildsensor där varje pixelsensorenhetens cell har en fotodetektor (vanligtvis en fäst fotodiod ) och en eller flera aktiva transistorer . I en metall-oxid-halvledare (MOS) aktiv-pixelsensor används MOS-fälteffekttransistorer (MOSFET) som förstärkare . Det finns olika typer av APS, inklusive den tidiga NMOS APS och den mycket vanligare kompletterande MOS (CMOS) APS, även känd som CMOS -sensorn , som används flitigt i digitala kameratekniker som mobiltelefonkameror , webbkameror , mest moderna digitala fickkameror, de flesta digitala enlinsreflexkameror (DSLR) och spegelfria utbytbara objektivkameror (MILC). CMOS-sensorer framträdde som ett alternativ till laddningskopplade bildsensorer (CCD) och såldes så småningom i mitten av 2000-talet.

CMOS bildsensor.

Termen "aktiv pixelsensor" används också för att hänvisa till den enskilda pixelsensorn själv, till skillnad från bildsensorn. I det här fallet kallas bildsensorn ibland för en aktiv pixelsensoravbildare eller aktiv bildsensor .

Historia

Bakgrund

Ytterligare information: Bildsensor § Historik

Medan de undersökte tekniken metall-oxid-halvledare (MOS) insåg Willard Boyle och George E. Smith att en elektrisk laddning kunde lagras på en liten MOS-kondensator , som blev grundläggande byggsten för laddningspar-enheten (CCD), som de uppfann 1969. Ett problem med CCD -teknik var att det krävde behovet av nästan perfekt laddningsöverföring, som enligt Eric Fossum "gör deras strålning" mjuk ", svår att använda under svagt ljus, svår att tillverka i stora matrisstorlekar, svårt att integrera med elektronik på chip , svårt att använda vid låga temperaturer, svårt att använda vid höga bildhastigheter och svårt att tillverka i icke- kiselmaterial som förlänger våglängdssvaret. "

Vid RCA Laboratories föreslog ett forskargrupp, inklusive Paul K. Weimer , WS Pike och G. Sadasiv 1969, en bildsensor i solid state med skanningskretsar med tunnfilmstransistorer (TFT), med fotoledande film som används för fotodetektorn . En lågupplöst "mestadels digital" N-kanal MOSFET (NMOS) imager med intra-pixelförstärkning, för en optisk musapplikation , demonstrerades av Richard F. Lyon 1981. En annan typ av bildsensorteknik som är relaterad till APS är hybrid -infrarött fokalplanarray (IRFPA), utformat för att fungera vid kryogena temperaturer i det infraröda spektrumet . Enheterna är två chips som sätts ihop som en smörgås: ett chip innehåller detektorelement tillverkade i InGaAs eller HgCdTe , och det andra chipet är vanligtvis tillverkat av kisel och används för att läsa ut fotodetektorerna. Det exakta ursprungsdatumet för dessa enheter är klassificerat, men de var i bruk i mitten av 1980-talet.

Ett nyckelelement i den moderna CMOS -sensorn är den fästa fotodioden (PPD). Det uppfanns av Nobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki och Yasuo Ishihara vid NEC i 1980, och sedan offentligt rapporterats av Teranishi och Ishihara med A. Kohono, E. Oda och K. Arai i 1982, med tillägg av en anti- blommande struktur. Den fästa fotodioden är en fotodetektorstruktur med låg fördröjning , lågt brus , hög kvanteffektivitet och låg mörk ström . Den nya fotodetektorstrukturen som uppfanns vid NEC fick namnet "fäst fotodiod" (PPD) av BC Burkey på Kodak 1984. 1987 började PPD införlivas i de flesta CCD -sensorer och blev en fixtur i konsumenternas elektroniska videokameror och sedan digitala stillbilder . Sedan dess har PPD använts i nästan alla CCD -sensorer och sedan CMOS -sensorer.

Passiv-pixelsensor

Föregångaren till APS var den passiva pixelsensorn (PPS), en typ av fotodiodmatris (PDA). En passiv-pixelsensor består av passiva pixlar som avläses utan förstärkning , varvid varje pixel består av en fotodiod och en MOSFET- omkopplare. I en fotodioduppsättning, pixlar innehålla en pn-övergång , integrerad kondensator , och MOSFETs som selektionstransistorer . En fotodiodmatris föreslogs av G. Weckler 1968, före CCD. Detta var grunden för PPS, som hade bildsensorelement med urvalstransistorer i pixlar, föreslagna av Peter JW Noble 1968 och av Savvas G. Chamberlain 1969.

Passiva pixelsensorer undersöktes som ett solid-state- alternativ till bildbehandlingsenheter i vakuumrör . MOS-passiv-pixelsensorn använde bara en enkel omkopplare i pixeln för att läsa ut den integrerade fotodioden. Pixlar var grupperade i en tvådimensionell struktur, med en åtkomstaktiverad tråd delad med pixlar i samma rad och utmatningstråd delad med kolumn. I slutet av varje kolumn fanns en transistor. Passiva pixel-sensorer drabbades av många begränsningar, såsom högt brus , långsam avläsning och brist på skalbarhet . Tidiga fotodioduppsättningar var komplexa och opraktiska, vilket krävde att selektionstransistorer tillverkades inom varje pixel, tillsammans med multiplexerkretsar på chip . Det buller av fotodiodgrupper var också en begränsning till prestanda, eftersom fotodioden avläsningsbuss kapacitans resulterade i ökad brusnivå. Korrelerat dubbelprovtagning (CDS) kunde inte heller användas med en fotodiodmatris utan externt minne . Det var inte möjligt att tillverka aktiva pixelsensorer med en praktisk pixelstorlek på 1970 -talet, på grund av begränsad mikrolitografiteknik vid den tiden. Eftersom MOS-processen var så variabel och MOS-transistorer hade egenskaper som förändrades över tiden ( Vth instabilitet) var CCD: s laddningsdomänoperation mer tillverkningsbar än MOS passiva pixelsensorer.

Aktiv pixelsensor

Den aktiva pixelsensorn består av aktiva pixlar, var och en innehållande en eller flera MOSFET- förstärkare som omvandlar den bildgenererade laddningen till en spänning, förstärker signalspänningen och reducerar brus. Konceptet med en aktiv pixelanordning föreslogs av Peter Noble 1968. Han skapade sensorarrayer med aktiva MOS-avläsningsförstärkare per pixel, i huvudsak den moderna tretransistorkonfigurationen: den begravda fotodiodstrukturen, selektionstransistorn och MOS-förstärkaren.

Den MOS aktiv-pixel koncept genomfördes som laddningsmoduleringsanordning (CMD) genom Olympus i Japan under mitten av 1980-talet. Detta möjliggjordes av framsteg inom tillverkningen av MOSFET- halvledarenheter , med MOSFET-skalning som nådde mindre mikron och sedan submikronivåer under 1980-talet till början av 1990-talet. Den första MOS APS tillverkades av Tsutomu Nakamuras team på Olympus 1985. Termen active pixel sensor (APS) myntades av Nakamura medan han arbetade med CMD active-pixel sensor på Olympus. CMD-kameran hade en vertikal APS-struktur, som ökar fyllningsfaktorn (eller minskar pixelstorleken) genom att lagra signalladdningen under en utgående NMOS- transistor. Andra japanska halvledarföretag följde snart med sina egna aktiva pixelsensorer under slutet av 1980 -talet till början av 1990 -talet. Mellan 1988 och 1991 utvecklade Toshiba sensorn " double-gate floating surface transistor", som hade en lateral APS-struktur, där varje pixel innehöll en begravd kanal MOS-fotogat och en PMOS- utgångsförstärkare. Mellan 1989 och 1992 utvecklade Canon den baslagrade bildsensorn (BASIS), som använde en vertikal APS-struktur som liknar Olympus-sensorn, men med bipolära transistorer snarare än MOSFET.

I början av 1990 -talet började amerikanska företag att utveckla praktiska MOS -aktiva pixelsensorer. 1991 utvecklade Texas Instruments bulk CMD -sensorn (BCMD), som tillverkades vid företagets japanska filial och hade en vertikal APS -struktur som liknade Olympus CMD -sensorn, men var mer komplex och använde PMOS snarare än NMOS -transistorer.

CMOS -sensor

I slutet av 1980-talet till början av 1990-talet var CMOS- processen väl etablerad som en välkontrollerad stabil halvledartillverkningsprocess och var grundprocessen för nästan alla logik- och mikroprocessorer . Det var en återuppkomst i användningen av passiva pixelsensorer för billiga avbildningsprogram, medan aktiva pixelsensorer började användas för lågupplösta högfunktionsapplikationer som näthinnasimulering och partikeldetektorer med hög energi. Men CCD fortsatte att ha mycket lägre tids buller och fast mönsterbrus och var den dominerande tekniken för konsumenttillämpningar som videokameror samt för broadcast -kameror , där de förskjutnings videokamera rör .

År 1993 utvecklades den första praktiska APS som framgångsrikt tillverkades utanför Japan vid NASA : s Jet Propulsion Laboratory (JPL), som tillverkade en CMOS -kompatibel APS, med sin utveckling ledd av Eric Fossum . Den hade en lateral APS -struktur som liknar Toshiba -sensorn, men var tillverkad med CMOS snarare än PMOS -transistorer. Det var den första CMOS-sensorn med laddningsoverföring inom pixlar .

Fossum, som arbetade på JPL, ledde utvecklingen av en bildsensor som använde intra-pixel laddningsöverföring tillsammans med en in-pixel förstärkare för att uppnå sann korrelerad dubbel sampling (CDS) och låg tidsmässig brusdrift, och on-chip kretsar för fasta -brusreducering av mönster. Han publicerade också en omfattande artikel från 1993 som förutsäger uppkomsten av APS -bildare som den kommersiella efterföljaren av CCD: er. Den aktiva pixelsensorn (APS) definierades i stort av Fossum i detta dokument. Han klassificerade två typer av APS -strukturer, den laterala APS och den vertikala APS. Han gav också en översikt över APS -teknikens historia, från de första APS -sensorerna i Japan till utvecklingen av CMOS -sensorn på JPL.

År 1994 föreslog Fossum en förbättring av CMOS -sensorn: integrationen av den fästa fotodioden (PPD). En CMOS -sensor med PPD -teknik tillverkades först 1995 av ett gemensamt JPL- och Kodak -team som inkluderade Fossum tillsammans med PPK Lee, RC Gee, RM Guidash och TH Lee. Mellan 1993 och 1995 utvecklade Jet Propulsion Laboratory ett antal prototypenheter som validerade teknikens nyckelfunktioner. Även om de var primitiva visade dessa enheter god bildprestanda med hög avläsningshastighet och låg strömförbrukning.

1995, då de blev frustrerade över den långsamma takten i teknikens antagande, grundade Fossum och hans dåvarande fru Dr Sabrina Kemeny Photobit Corporation för att kommersialisera tekniken. Det fortsatte att utveckla och kommersialisera APS-teknik för ett antal applikationer, till exempel webbkameror, kameror med hög hastighet och rörelseupptagning, digital radiografi , endoskopi (piller), digitala enlinsreflexkameror (DSLR) och kameratelefoner. Många andra små bildsensorföretag vaknade också till liv kort därefter på grund av tillgängligheten till CMOS -processen och alla antog snabbt den aktiva pixelsensorsättet.

Photobits CMOS -sensorer letade sig in i webbkameror som tillverkades av Logitech och Intel , innan Photobit köptes av Micron Technology 2001. Den tidiga CMOS -sensormarknaden leddes initialt av amerikanska tillverkare som Micron och Omnivision, vilket gjorde att USA en kort stund kunde återta en del av den totala bildsensormarknaden från Japan, innan CMOS -sensormarknaden så småningom kom att domineras av Japan, Sydkorea och Kina. CMOS -sensorn med PPD -teknik vidareutvecklades och förfinades av RM Guidash 1997, K. Yonemoto och H. Sumi år 2000 och I. Inoue 2003. Detta ledde till att CMOS -sensorer uppnådde bildprestanda i nivå med CCD -sensorer och senare överstiger CCD -sensorer.

År 2000 användes CMOS-sensorer i en mängd olika applikationer, inklusive billiga kameror, PC-kameror , fax , multimedia , säkerhet , övervakning och videofoner .

Videoindustrin bytte till CMOS-kameror med tillkomsten av HD-video (HD-video), eftersom det stora antalet pixlar skulle kräva betydligt högre strömförbrukning med CCD-sensorer, vilket skulle överhettas och tömma batterier. Sony 2007 kommersialiserade CMOS-sensorer med en original A/D-omvandlingskrets för kolumn, för snabba, lågbrusiga prestanda, följt 2009 av CMOS -bakbelyst sensor (BI-sensor), med dubbelt så känslig känsla som konventionella bildsensorer och går längre än det mänskliga ögat.

CMOS -sensorer fortsatte att ha en betydande kulturell inverkan, vilket ledde till massutbredningen av digitalkameror och kameratelefoner , vilket förstärkte uppkomsten av sociala medier och selfiekultur och påverkade sociala och politiska rörelser runt om i världen. År 2007 hade försäljningen av CMOS-aktiva pixelsensorer överträffat CCD-sensorer, där CMOS-sensorer stod för 54% av den globala bildsensormarknaden vid den tiden. År 2012 ökade CMOS -sensorer sin andel till 74% av marknaden. Från och med 2017 står CMOS -sensorer för 89% av den globala bildsensorförsäljningen. Under de senaste åren har CMOS-sensortekniken spridit sig till fotografering i medelstora format, med fas ett som först med att lansera en mediumformad digital baksida med en Sony-byggd CMOS-sensor.

2012 introducerade Sony den staplade CMOS BI -sensorn. Fossum forskar nu om tekniken Quanta Image Sensor (QIS). QIS är en revolutionerande förändring av hur vi samlar in bilder i en kamera som uppfinns i Dartmouth. I QIS är målet att räkna varje foton som träffar bildsensorn, och att ge upplösning på 1 miljard eller mer specialiserade fotoelement (kallade jots) per sensor, och att läsa ut jotbitplan hundratals eller tusentals gånger per sekund i terabit/sek data.

Boyd Fowler från OmniVision är känd för sitt arbete med utveckling av CMOS -bildsensorer. Hans bidrag inkluderar den första digitala pixel CMOS-bildsensorn 1994; den första vetenskapliga linjära CMOS-bildsensorn med RMS-läsbrus med en elektronel 2003; den första CMOS-bildsensorn med flera megapixlar med samtidigt högt dynamiskt omfång (86dB), snabb avläsning (100 bildrutor/sekund) och ultralågt läsbrus (1,2e-RMS) (sCMOS) 2010. Han patenterade också den första CMOS bildsensor för inter-oral tandröntgen med klippta hörn för bättre patientkomfort.

I slutet av 2010 -talet hade CMOS -sensorer i stort sett om inte helt ersatt CCD -sensorer, eftersom CMOS -sensorer inte bara kan tillverkas i befintliga halvledarproduktionslinjer, vilket minskar kostnaderna, men de förbrukar också mindre ström, för att bara nämna några fördelar. ( se nedan )

Jämförelse med CCD: er

APS-pixlar löser hastighets- och skalbarhetsfrågorna för den passiva pixelsensorn. De förbrukar i allmänhet mindre ström än CCD, har mindre bildfördröjning och kräver mindre specialiserade tillverkningsanläggningar. Till skillnad från CCD kan APS -sensorer kombinera bildsensorfunktionen och bildbehandlingsfunktionerna inom samma integrerade krets . APS -sensorer har hittat marknader i många konsumentapplikationer, särskilt kameratelefoner . De har också använts inom andra områden, inklusive digital radiografi , militärt ultrahastighets bildförvärv, säkerhetskameror och optiska möss . Tillverkare inkluderar bland annat Aptina Imaging (oberoende spinout från Micron Technology , som köpte Photobit 2001), Canon , Samsung , STMicroelectronics , Toshiba , OmniVision Technologies , Sony och Foveon . CMOS-APS-sensorer är vanligtvis lämpade för applikationer där förpackning, energihantering och on-chip-bearbetning är viktiga. CMOS-typsensorer används ofta, från avancerad digital fotografering till mobiltelefonkameror.

Fördelar med CMOS jämfört med CCD

Blommar i en CCD -bild

En primär fördel med en CMOS -sensor är att det vanligtvis är billigare att producera än en CCD -sensor, eftersom bildfångst- och bildavkänningselementen kan kombineras till samma IC, med enklare konstruktion krävs.

En CMOS-sensor har också vanligtvis bättre kontroll över blomningen (det vill säga blödning av fotoladdning från en överexponerad pixel till andra pixlar i närheten).

I kamerasystem med tresensorer som använder separata sensorer för att lösa bildens röda, gröna och blåa komponenter i kombination med stråldelarprismor kan de tre CMOS-sensorerna vara identiska, medan de flesta splittringsprismor kräver att en av CCD-sensorerna har att vara en spegelbild av de andra två för att läsa upp bilden i en kompatibel ordning. Till skillnad från CCD -sensorer har CMOS -sensorer möjlighet att vända adresseringen av sensorelementen. CMOS -sensorer med en filmhastighet på 4 miljoner ISO finns.

Nackdelar med CMOS jämfört med CCD

Förvrängning orsakad av rullande slutare

Eftersom en CMOS -sensor vanligtvis fångar en rad i taget inom ungefär 1/60 eller 1/50 sekund (beroende på uppdateringshastighet) kan det resultera i en " rullande slutare " -effekt, där bilden är snedställd (lutad till vänster eller höger, beroende på kamerans riktning eller motivrörelsen). Till exempel, när du spårar en bil som rör sig i hög hastighet, kommer bilen inte att förvrängas men bakgrunden verkar vara lutad. En bildöverförings-CCD-sensor eller CMOS-sensor med "global slutare" har inte detta problem; istället fångar den hela bilden på en gång i en rambutik.

En långvarig fördel med CCD-sensorer har varit deras förmåga att ta bilder med lägre brus . Med förbättringar av CMOS -tekniken har denna fördel stängts från och med 2020, med moderna CMOS -sensorer tillgängliga som klarar bättre än CCD -sensorer.

Den aktiva kretsen i CMOS-pixlar tar ett område på ytan som inte är ljuskänsligt, vilket minskar enhetens fotondetekteringseffektivitet ( bakbelysta sensorer kan mildra detta problem). Men ramöverförings-CCD har också ungefär hälften icke-känslig yta för ramlagringsnoderna, så de relativa fördelarna beror på vilka typer av sensorer som jämförs.

Arkitektur

Pixel

En tre-transistor aktiv pixelsensor.

Standard CMOS APS pixel idag består av en fotodetektor ( nålas fotodiod ), en flytande diffusion, och den så kallade 4T cell bestående av fyra CMOS (komplementär metalloxidhalvledar ) transistorer , inklusive en överföringsgrind , återställningsgrinden, grind och avläsningstransistor för källföljare. Den fästa fotodioden användes ursprungligen i överförings -CCD: er på grund av dess låga mörka ström och goda blåa respons, och när den är kopplad till överföringsporten, tillåter fullständig laddningsöverföring från den fästa fotodioden till den flytande diffusionen (som vidare är ansluten till porten till utlästa transistorn) eliminerar fördröjning. Användningen av intrapixel laddningsöverföring kan erbjuda lägre brus genom att möjliggöra användning av korrelerad dubbelprovtagning (CDS). Noble 3T -pixeln används fortfarande ibland eftersom tillverkningskraven är mindre komplexa. 3T -pixeln innefattar samma element som 4T -pixeln förutom överföringsporten och fotodioden. Återställningstransistorn, M rst , fungerar som en omkopplare för att återställa den flytande diffusionen till V RST , som i detta fall representeras som grinden till M sf -transistorn. När återställningstransistorn slås på är fotodioden effektivt ansluten till strömförsörjningen, V RST , vilket rensar all integrerad laddning. Eftersom återställningstransistorn är av n-typ fungerar pixeln i mjuk återställning. Uppläsningstransistorn, M sf , fungerar som en buffert (specifikt en källföljare ), en förstärkare som gör att pixelspänningen kan observeras utan att den ackumulerade laddningen tas bort. Dess strömförsörjning, V DD , är vanligtvis knuten till strömförsörjningen till återställningstransistorn V RST . Väljetransistorn, M sel , tillåter en enda rad i pixelmatrisen att läsas av avläst elektronik. Andra innovationer av pixlar som 5T och 6T pixlar finns också. Genom att lägga till extra transistorer är funktioner som global slutare, till skillnad från den vanligare rullningsslutaren , möjliga. För att öka pixeltätheten kan delad rad, fyra-vägs och åtta-vägs delad uppläsning och andra arkitekturer användas. En variant av den 3T aktiva pixeln är Foveon X3 -sensorn som uppfanns av Dick Merrill . I den här enheten staplas tre fotodioder ovanpå varandra med hjälp av plana tillverkningstekniker , varvid varje fotodiod har sin egen 3T -krets. Varje på varandra följande lager fungerar som ett filter för skiktet under det som skiftar spektrumet av absorberat ljus i successiva lager. Genom att dekonvolvera svaret för varje skiktad detektor kan röda, gröna och blåa signaler rekonstrueras.

Array

En typisk tvådimensionell uppsättning pixlar är organiserad i rader och kolumner. Pixlar i en given rad delar återställningslinjer, så att en hel rad återställs åt gången. Radvalsraderna för varje pixel i en rad är också bundna. Utgångarna för varje pixel i en given kolumn är bundna. Eftersom endast en rad väljs vid en given tidpunkt sker ingen konkurrens om utgångslinjen. Ytterligare förstärkarkretsar är typiskt på en kolonnbasis.

Storlek

Storleken på pixelsensorn anges ofta i höjd och bredd, men också i det optiska formatet .

Laterala och vertikala strukturer

Det finns två typer av aktiva pixelsensor (APS) strukturer, den laterala APS och vertikala APS. Eric Fossum definierar laterala APS enligt följande:

En lateral APS -struktur definieras som en som har en del av pixelområdet som används för fotodetektering och signallagring, och den andra delen används för den eller de aktiva transistorerna. Fördelen med detta tillvägagångssätt, jämfört med en vertikalt integrerad APS, är att tillverkningsprocessen är enklare och är mycket kompatibel med toppmoderna CMOS- och CCD-enhetsprocesser.

Fossum definierar den vertikala APS enligt följande:

En vertikal APS-struktur ökar fyllningsfaktorn (eller minskar pixelstorleken) genom att lagra signalladdningen under utgångstransistorn.

Tunnfilmstransistorer

En två/transistor aktiv/passiv pixelsensor

För applikationer som digitala röntgenbilder i stort område kan tunnfilmstransistorer (TFT) också användas i APS-arkitektur. På grund av den större storleken och lägre transkonduktansförstärkningen för TFT jämfört med CMOS-transistorer är det dock nödvändigt att ha färre TFT-pixlar för att bibehålla bildupplösning och kvalitet på en acceptabel nivå. En två-transistor APS/PPS-arkitektur har visat sig vara lovande för APS med hjälp av amorfa kisel- TFT: er. I APS-arkitekturen med två transistorer till höger används T AMP som en omkopplingsförstärkare som integrerar funktioner för både M sf och M sel i tretransistorn APS. Detta resulterar i minskade transistortal per pixel, liksom ökad pixeltransduktansförstärkning. Här är C pix pixellagringskapacitansen, och den används också för att kapacitivt koppla adresspulsen för "Read" till porten på T AMP för ON-OFF-omkoppling. Sådana pixelavläsningskretsar fungerar bäst med fotokonduktordetektorer med låg kapacitans, såsom amorft selen .

Designvarianter

Många olika pixeldesigner har föreslagits och tillverkats. Standardpixeln är den vanligaste eftersom den använder de minsta trådarna och de minsta, tätast packade transistorerna som är möjliga för en aktiv pixel. Det är viktigt att de aktiva kretsarna i en pixel tar så lite utrymme som möjligt för att ge mer plats för fotodetektorn. Högt transistorantal skadar fyllningsfaktorn, det vill säga procentandelen av pixelområdet som är känsligt för ljus. Pixelstorlek kan bytas ut mot önskvärda kvaliteter som brusreducering eller minskad bildfördröjning. Buller är ett mått på noggrannheten med vilket infallande ljus kan mätas. Fördröjning uppstår när spår av en tidigare bild finns kvar i framtida ramar, dvs pixeln är inte helt återställd. Spänningsbrusvariansen i en mjukåterställning (grindspänningsreglerad) pixel är , men bildfördröjning och brus med fast mönster kan vara problematiska. I rms -elektroner är bruset .

Hård återställning

Användning av pixeln via hård återställning resulterar i ett Johnson – Nyquist -brus på fotodioden på eller , men förhindrar bildfördröjning, ibland en önskvärd avvägning. Ett sätt att använda hårdåterställning är att ersätta M rst med en transistor av p-typ och vända RST-signalens polaritet. Närvaron av enheten av p-typ minskar fyllningsfaktorn, eftersom extra utrymme krävs mellan p- och n-enheter; det tar också bort möjligheten att använda återställningstransistorn som ett överflödigt anti-blommande avlopp, vilket är en vanligt utnyttjad fördel med n-typ reset FET. Ett annat sätt att uppnå hård återställning med FET av n-typ är att sänka spänningen på V RST i förhållande till spänningen för RST. Denna minskning kan minska takhöjden eller fullbrunnens laddningskapacitet, men påverkar inte fyllningsfaktorn, såvida inte V DD dirigeras på en separat tråd med sin ursprungliga spänning.

Kombinationer av hård och mjuk återställning

Tekniker som spolad återställning, pseudo-flash-återställning och svår-till-mjuk återställning kombinerar mjuk och hård återställning. Detaljerna i dessa metoder skiljer sig åt, men grundtanken är densamma. Först görs en hård återställning, vilket eliminerar bildfördröjning. Därefter görs en mjuk återställning, vilket orsakar en låg brusåterställning utan att lägga till någon fördröjning. Pseudo-flash-återställning kräver att V RST separeras från V DD , medan de andra två teknikerna lägger till mer komplicerade kolonnkretsar. Närmare bestämt lägger pseudo-flash-återställning och hård-till-mjuk återställning båda till transistorer mellan pixelns strömförsörjning och den faktiska V DD . Resultatet är lägre takhöjd utan att påverka fyllningsfaktorn.

Aktiv återställning

En mer radikal pixeldesign är pixeln med aktiv återställning. Aktiv återställning kan resultera i mycket lägre ljudnivåer. Avvägningen är ett komplicerat återställningsschema, liksom antingen en mycket större pixel eller extra krets på kolumnnivå.

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar