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四管有源像素架构

更新时间：2026-06-03 08:13:04 大小：15K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：有源像素架构 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、基本定义与核心定位

四管有源像素架构（4T Active Pixel Sensor，简称4T APS）是CMOS图像传感器领域主流的像素单元结构，在像素区域内集成4个MOS晶体管实现光电信号的转换、存储、读出与控制，是相对于早期无源像素架构（PPS，仅含1个开关管）和三管有源像素架构（3T APS）优化而来的像素结构。

二、结构组成与各器件功能

四管有源像素的核心单元包含光电二极管（PD）和四个晶体管，各器件功能如下：

  1. 光电二极管（Photodiode, PD）：核心光电转换器件，通过内光电效应将入射光子转换为光生电荷，电荷量与入射光强度成正比，完成光信号到电信号的转换。

  2. 传输管（Transfer Gate, TX）：由行选信号控制的开关晶体管，作用是将PD积累的光生电荷传输到后续的浮动扩散区（FD），在曝光结束后开启完成电荷转移，开启前保持PD和FD的电气隔离。

  3. 复位管（Reset Transistor, RST）：连接电源和浮动扩散区，在每次读出操作前开启，将FD节点复位到预设电压，清除上一次读出残留的电荷，为新的电荷读出做准备。

  4. 源跟随器（Source Follower, SF）：也叫跟随放大器，是四管有源像素的核心放大元件，将FD节点的电压变化缓冲放大后输出，因为FD节点的电荷量变化对应电压变化幅度很小，源跟随器可以提升信号驱动能力，降低读出噪声。

  5. 行选管（Row Select, RS）：由行地址译码信号控制的开关晶体管，选中当前需要读出的行像素，将放大后的信号输出到列总线上，未选中的行像素会与列总线断开，避免串扰。

    除了上述核心器件，每个四管像素单元还包含浮动扩散区（Floating Diffusion, FD），这是一个掺杂形成的浮空N区，没有直连的低阻通路，用来存储传输过来的光生电荷，其结电容决定了电荷-电压转换增益，结电容越小，相同电荷量对应的电压变化越大，增益越高，对低光照信号的探测能力越强。

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