基于分布式辅助驱动的图像传感器的制作方法

本发明涉及图像传感器电路，具体涉及一种基于分布式辅助驱动的图像传感器。

背景技术：

1、在大面阵cmos图像传感器中，随着分辨率和像素规模的持续提升，行控制信号（如复位rst、传输门tg以及双转换增益控制dcg等）通常需要沿整行像素阵列进行分布式传输，其负载呈现出显著的规模效应。一方面，长距离金属互连引入的分布电阻与分布电容使行控制线表现为典型的分布式rc网络；另一方面，沿线挂接的大量像素栅极、电容节点及寄生耦合进一步放大了等效负载电容。在此条件下，传统由行端单点驱动的控制方式难以在整行范围内维持足够陡峭且一致的信号边沿，尤其在阵列远端区域，控制信号的上升/下降时间显著展宽，并伴随幅度衰减及相位滞后等问题。

2、上述问题在高帧率应用中尤为突出。以双转换增益（dcg）切换为例，其控制信号需在有限时间窗口内完成快速且稳定的电平转换，以保证像素浮动扩散节点（fd）及后级源跟随器能够及时进入稳定读出状态。然而，当行控制线驱动能力不足时，缓慢的信号转换过程会通过寄生电容耦合在像素内部持续注入扰动，使读出链路由理想的瞬态建立过程转变为动态跟踪过程，从而压缩有效建立时间窗口，延长列信号（如vsl）的稳定时间。同时，由于不同空间位置像素接收到的控制信号边沿存在差异，还会引入列内响应不一致，增加固定图样噪声（fpn）及读出误差。

3、针对上述问题，现有技术通常通过增强驱动缓冲能力、优化布线结构或采用双端驱动（即从行线两端同时驱动）等方式进行改善。其中，双端驱动在一定程度上可以缩短有效传输路径，降低远端延迟，缓解单端驱动下的边沿展宽问题。然而，当像素阵列规模进一步增大、行负载持续增加时，行控制线仍然呈现明显的分布rc特性，即使采用双端驱动，信号在中部区域仍可能出现边沿劣化与驱动不足的情况，其整体改善效果趋于有限，难以满足更高帧率和更大面阵条件下的性能需求。

4、因此，在大面阵图像传感器中，如何在受限的功耗与面积条件下有效突破分布rc对行控制信号的限制，实现全行范围内快速且一致的信号转换，已成为制约高帧率与高画质性能提升的关键技术问题。现有依赖单点或双端驱动的方案难以从根本上解决远端及中部区域的驱动不足及空间不一致性问题，亟需提出新的驱动与分布机制，以改善行控制信号的传输特性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于分布式辅助驱动的图像传感器，通过在像素阵列中引入独立于读出路径的分布式电流辅助驱动架构，从根本上解决了大面阵传感器在行控制信号如双转换增益（dcg）切换过程中的时空非均匀性问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、种基于分布式辅助驱动的图像传感器，包括像素阵列和行驱动电路，所述像素阵列包括按行和列排列的像素单元，所述行驱动电路通过各行控制线向对应行的像素单元提供行控制信号，还包括：

4、多个垂直电流注入线,间隔若干列在所述像素阵列中布设一个所述垂直电流注入线，且独立于像素采样信号线，所述垂直电流注入线与各行控制线均通过选择开关连接，所述选择开关的受控端连接至行寻址控制逻辑的对应输出端，所述行寻址控制逻辑通过辅助行选通信号控制被选中行中的各选择开关同步导通；

5、列级可编程电流源，包括与所述垂直电流注入线连接的辅助电流源单元，用于在所述行控制信号发生电平跳变时，通过已导通的选择开关向所述行控制线的对应节点提供双向补偿电流；所述辅助电流源单元配置为，所述双向补偿电流的大小根据所述垂直电流注入线所在的水平坐标确定，以补偿所述行控制线在所述像素阵列中的阻容延迟分布。

6、相邻垂直电流注入线之间间隔的列数大于两列，以降低所述垂直电流注入线自身阻容延迟。

7、所述选择开关设置于所述像素单元内部，或由相邻若干个像素单元构成的像素群组内部；所述选择开关的受控端与辅助行选通信号线连接，所述辅助行选通信号线连接至所述行寻址控制逻辑的对应输出端；所述行寻址控制逻辑在行控制信号发生电平跳变时，向选中行的辅助行选通信号线输出辅助行选通信号，在所述辅助行选通信号有效期间，所述选择开关导通。

8、所述选择开关包括辅助开关晶体管mn6，所述辅助开关晶体管mn6的栅极连接至辅助行选通信号线dcgen，用于接收辅助行选通信号，辅助开关晶体管mn6的源极连接至像素单元中的双转换增益控制晶体管mn2的栅极，辅助开关晶体管mn6的漏极连接至垂直电流注入线i_load；当辅助行选通信号有效时，mn6导通，垂直电流注入线i_load通过mn6与双转换增益控制晶体管mn2电连接，从而实现向双转换增益节点注入或抽取补偿电流。

9、在所述行控制信号发生上升沿时，所述水平坐标距离所述行驱动电路越远的垂直电流注入线对应的辅助电流源单元注入的补偿电流越大，以补偿所述行控制线远端因阻容延迟导致的上升沿电压变化率降低，使所述行控制线上不同位置处的上升沿电压变化率趋于一致。

10、在所述行控制信号发生下降沿时，所述水平坐标距离所述行驱动电路越远的垂直电流注入线对应的辅助电流源单元抽取的补偿电流越大，以补偿所述行控制线远端因阻容延迟导致的下降沿电压变化率降低，使所述行控制线上不同位置处的下降沿电压变化率趋于一致。

11、在所述行控制信号发生电平跳变时，所述行控制线上坐标为(x,y)的节点处的电压变化率满足以下关系：

12、，

13、其中，dvnode（x，y）/dt为所述行控制线上坐标为(x，y)的节点处的电压变化率，x为所述节点在所述像素阵列中的水平坐标，y为所述节点在所述像素阵列中的垂直坐标，irow_driver为所述行驱动电路提供的驱动电流，icolum_inject(x)为所述辅助电流源单元通过坐标x处对应的垂直电流注入线提供的补偿电流，crow（x）为所述行控制线在坐标x处的等效负载电容，cadd为所述垂直电流注入线引入的附加电容，icolum_inject(x)随坐标x的变化而配置，以使不同坐标x处的行控制信号的电压变化率dvnode（x，y）/dt趋于一致。

14、所述行寻址控制逻辑还配置为：在所述行控制信号达到预设稳态电平后，撤销所述辅助行选通信号，使所述选择开关关断，所述行控制线进入高阻保持状态，所述垂直电流注入线进入空闲模式。

15、所述行驱动电路设置于所述像素阵列的至少一侧，所述列级可编程电流源设置于所述像素阵列的至少一侧。

16、根据本发明的基于分布式辅助驱动的图像传感器，与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、彻底消除水平向梯度噪声（horizontal shading）：传统架构中，行线末端的阻容（rc）延迟导致dcg管关断斜率变缓，由于电荷注入量与栅极电压变化率dv/dt呈非线性正相关，这在图像上产生了难以消除的水平向黑电平梯度；本方案通过空间加权的电流补偿，强行对齐全阵列的驱动波形斜率，使电荷注入在空域上归一化，这使得原本复杂的空间非均匀噪声转变为全局统一的固定偏置，可由后续的相关双采样（cds）电路完美抵消，从而获得极其纯净的低光画面。2、显著提升高动态范围（hdr）合成的线性度与无缝感：在dcg传感器中，高转换增益（hcg）与低转换增益（lcg）图像的精确拼接依赖于增益转换点的一致性，驱动波形的形变会导致不同位置像素的有效转换电容建立过程存在偏差；本发明确保了全屏像素在hcg/lcg切换瞬态经历完全相同的电荷重新分配路径，这大幅降低了拼接点处的非线性失真，消除了大面阵传感器常见的“半边画面亮、半边画面暗”的拼接痕迹，确保了超高动态范围下的图像保真度。3、兼顾高帧率与信号完整性：常规增强驱动手段（如单纯增大行驱动电路的驱动能力）在过大的负载情况下，对驱动远端的节点效果有限；本发明通过主动多节点、多方位的电流注入，打破了传统只有单点或双端的驱动局限，显著缩短了dcg节点的稳定时间，为后续列采样信号预留了更充裕的有效时间窗口，支持更高的读出帧率，采用专用的垂直电流注入线与独立的选择开关，使驱动增强路径与敏感的模拟采样路径在物理上实现解耦，有效杜绝了驱动脉冲对位线信号的串扰耦合。4、极佳的工艺鲁棒性与低功耗特性：本发明的架构对工艺角（pvt）波动具有天然的防御力；通过列级可编程电流源，系统可以根据环境温度或芯片个体差异，动态调节补偿强度；此外，由于辅助电流仅在信号跳变的瞬态使能，其静态功耗几乎为零，实现了性能增强与能效比的完美平衡。