CN110868556A - 操作图像传感器的方法、图像传感器及电子*** - Google Patents

Abstract

提供了操作图像传感器的方法、执行该方法的图像传感器及包括该图像传感器的电子***。在操作图像传感器的方法中，该图像传感器包括像素阵列和连接到像素阵列的多个列的多个列驱动电路。通过在改变施加到所述多个列驱动电路中包括的晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到多个列驱动电路，来执行测试操作。基于测试操作的结果，执行用于设置所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作。基于像素阵列、多个列驱动电路以及通过偏压设置操作设置的阱偏置电压来执行用于检测入射光并生成帧图像的图像捕获操作。

Description

操作图像传感器的方法、图像传感器及电子***

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月28日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2018-0101575的优先权，其整体内容通过引用被并入本文。

技术领域

本发明构思的示例性实施例一般涉及图像传感器，并且更具体地，涉及操作图像传感器的方法、执行该方法的图像传感器以及包括该图像传感器的电子***。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是使用CMOS工艺制造的图像拾取器件。与具有高压模拟电路的电荷耦合器件(CCD)图像传感器相比，CMOS图像传感器具有更低的制造成本、更小的像素尺寸和更低的功耗。随着CMOS图像传感器性能的提高，CMOS图像传感器广泛用于移动电子设备，诸如智能手机、平板个人电脑(PC)、数码相机、车载设备等。

为了实现具有高速度和高分辨率的CMOS图像传感器，CMOS图像传感器可以具有提高的帧速率；然而，由于帧速率提高，功耗也可能增加。

发明内容

根据本发明构思的一个示例性实施例，在操作图像传感器的方法中，所述图像传感器包括像素阵列和连接到所述像素阵列的多个列的多个列驱动电路。通过在改变施加到所述多个列驱动电路中包括的晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路来执行测试操作。基于所述测试操作的结果，执行用于设置所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作。基于所述像素阵列、所述多个列驱动电路和通过所述偏压设置操作设置的阱偏置电压，执行用于检测入射光并生成帧图像的图像捕获操作。

根据本发明构思的一个示例性实施例，图像传感器包括像素阵列、多个列驱动电路和定时控制器。所述像素阵列响应于入射光生成多个模拟像素信号。所述多个列驱动电路被连接到所述像素阵列的多个列，所述多个列驱动电路包括晶体管并且将所述多个模拟像素信号转换为与帧图像相对应的多个数字信号。所述定时控制器通过在改变施加到所述晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路，来执行测试操作，并且基于所述测试操作的结果，执行用于设置施加到所述晶体管的所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作。基于由所述偏压设置操作设置的所述阱偏置电压，执行用于生成所述帧图像的图像捕获操作。

根据本发明构思的一个示例性实施例，电子***包括图像传感器和控制器。所述图像传感器响应于入射光生成帧图像。所述控制器控制所述图像传感器的操作。所述图像传感器包括像素阵列、多个列驱动电路和定时控制器。所述像素阵列响应于所述入射光生成多个模拟像素信号。所述多个列驱动电路被连接到所述像素阵列的多个列，所述多个列驱动电路包括晶体管并且将所述多个模拟像素信号转换为与所述帧图像相对应的多个数字信号。所述定时控制器通过在改变施加到所述晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路，来执行测试操作，并且基于所述测试操作的结果，执行用于设置施加到所述晶体管的所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作。基于由所述偏压设置操作设置的所述阱偏置电压，执行用于生成所述帧图像的图像捕获操作。

附图说明

通过参考附图详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的上述和其他特征将被更清楚地理解。

图1是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的操作图像传感器的方法的流程图。

图2是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的图像传感器的框图。

图3是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的被包括在图像传感器的列驱动电路中的触发器的框图。

图4A和图4B是图示了根据本发明构思的示例性实施例的图3的触发器中包括的三态反相器和反相器的电路图。

图5和图6是图示了根据本发明构思的示例性实施例的执行图1的方法中的测试操作的流程图。

图7和图8是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的在图1的方法中执行的测试操作的简图。

图9和图10是图示了根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。

图11是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的图像传感器中包括的单位像素的电路图。

图12是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的包括图像传感器的电子***的框图。

具体实施方式

本发明构思的示例性实施例提供了一种能够降低功耗的操作图像传感器的方法。

本发明构思的示例性实施例还提供了执行上述方法的图像传感器。

本发明构思的示例性实施例还提供了一种包括上述图像传感器的电子***。

将参考附图更充分地描述本发明构思的示例性实施例。贯穿本申请，相同的附图标记可以指代相同的元件。

图1是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的操作图像传感器的方法的流程图。

参考图1，根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法由图像传感器执行，该图像传感器包括像素阵列和连接到像素阵列的多个列的多个列驱动电路。在下文中，将基于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器描述操作图像传感器的方法。然而，根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法可以被应用于驱动电荷耦合器件(CCD)图像传感器。下面将参考图2、图9、图10和图11描述CMOS图像传感器和单位像素的详细配置。

在根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法中，执行用于确定多个列驱动电路是否被正常驱动的测试操作(操作S100)。该测试操作通过在改变被施加到多个列驱动电路中包括的晶体管的阱偏置电压的大小的同时将测试图(test pattern)应用到多个列驱动电路来执行。例如，测试操作可以是在图像传感器内部由其自身执行的内置自测试(BIST)操作。

将参考图2、图3、图4A和图4B描述包括晶体管的多个列驱动电路的配置、晶体管的类型和阱偏置电压的类型。将参考图5和图6描述测试操作的详细示例。

基于测试操作的结果，执行用于将阱偏置电压的大小设置为优化大小的偏压设置操作(操作S200)。例如，阱偏置电压的优化大小可以是用于降低图像传感器的功耗的电压大小。

基于像素阵列、多个列驱动电路以及通过偏压设置操作设置的阱偏置电压，执行用于检测入射光并生成帧图像的图像捕获(或拾取)操作(操作S300)。例如，入射光可以由像素阵列检测以生成多个模拟像素信号，多个模拟像素信号可以通过被施加所设置的阱偏置电压的多个列驱动电路转换成多个数字信号，因此可以生成帧图像。在根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法中，可以基于具有优化大小的阱偏置电压来生成帧图像，因此图像传感器可以具有相对低的功耗。

在本发明构思的示例性实施例中，测试操作和偏压设置操作可以实时地执行或在操作图像传感器时在运行期间执行。例如，可以在图像传感器上电时执行测试操作和偏压设置操作。作为另一示例，在图像传感器上电之后图像传感器正常操作时(例如，在执行图像捕获操作时或紧接在图像捕获操作之前)，测试操作和偏压设置操作可以针对预定数量的帧中的每个帧或预定时间段被递归地或重复地执行。

图2是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的图像传感器的框图。

参考图2，图像传感器100包括像素阵列110、包括多个列驱动电路130a、130b、……、130c的列驱动器130以及定时控制器190。图像传感器100还可以包括行驱动器120、斜坡信号生成器(VRGEN)150、测试图生成器(TPGEN)160、比较逻辑(COMP)165、串行加法器(SA)170和阱偏置电压生成器(VWGEN)180。

在本发明构思的示例性实施例中，根据光接收表面是衬底的正面还是背面，图像传感器100可以被分类为正面照射(FSI)图像传感器或背面照射(BSI)图像传感器。

像素阵列110包括以矩阵形式布置的多个单位像素PX。多个单位像素PX中的每个单位像素可以连接到多个行RW1、RW2、……、RWX中的相应一个行以及多个列CL1、CL2、……、CLY中的相应一个列，其中X和Y均是大于或等于2的自然数。像素阵列110基于入射光生成多个模拟像素信号VP1、VP2、……、VPY。将参考图11描述每个单位像素的配置和操作。

行驱动器120可以连接到像素阵列110的多个行RW1～RWX。行驱动器120可以生成驱动信号以驱动多个行RW1～RWX。例如，行驱动器120可以逐行驱动像素阵列110中包括的多个单位像素PX。

多个列驱动电路130a～130c连接到像素阵列110的多个列CL1～CLY。多个列驱动电路130a～130c将从多个列CL1～CLY输出的多个模拟像素信号VP1～VPY转换成多个数字信号CNT1、CNT2、……、CNTY。

多个列驱动电路130a～130c中的每个列驱动电路可以包括多个相关双采样电路(CDS)135a、135b、……、135c中的相应一个相关双采样电路、多个比较器142a、142b、……、142c中的相应一个比较器、多个多路复用器(MUX)144a、144b、……、144c中的相应一个多路复用器以及多个计数器(CNT)146a、146b、……、146c中的相应一个计数器。例如，第一列驱动电路130a可以包括第一相关双采样电路135a、第一比较器142a、第一多路复用器144a和第一计数器146a。

多个相关双采样电路135a～135c可以分别连接到像素阵列110的多个列CL1～CLY。多个相关双采样电路135a～135c可以对从像素阵列110输出的多个模拟像素信号VP1～VPY执行相关双采样操作。例如，第一相关双采样电路135a可以连接到第一列CL1，并且可以对从第一列CL1输出的第一模拟像素信号VP1执行相关双采样操作。多个相关双采样电路135a～135c可以形成相关双采样块。

多个比较器142a～142c可以经由多个相关双采样电路135a～135c连接到像素阵列110的多个列CL1～CLY。多个比较器142a～142c可以将多个模拟像素信号VP1～VPY(例如，从多个相关双采样电路135a～135c输出的多个相关双采样模拟像素信号)与斜坡信号VRAMP进行比较以生成多个比较信号CS1、CS2、……、CSY。例如，第一比较器142a可以将第一模拟像素信号VP1与斜坡信号VRAMP进行比较以生成第一比较信号CS1。

多个多路复用器144a～144c可以基于选择信号SS输出从多个比较器142a～142c输出的多个比较信号CS1～CSY或从测试图生成器160提供的测试图TP。例如，第一多路复用器144a可以基于选择信号SS输出第一比较信号CS1和测试图TP中的一个。

多个计数器146a～146c可以经由多个相关双采样电路135a～135c、多个比较器142a～142c以及多个多路复用器144a～144c连接到像素阵列110的多个列CL1～CLY。多个计数器146a～146c可以基于多个多路复用器144a～144c的输出生成多个数字信号CNT1～CNTY。例如，第一计数器146a可以基于从第一多路复用器144a输出的第一比较信号CS1或测试图TP生成第一数字信号CNT1(例如，第一计数器146a可以对第一比较信号CS1的电平转变次数进行计数以生成第一数字信号CNT1)。

多个比较器142a～142c和多个计数器146a～146c可以形成模数转换(ADC)块。模数转换块可以经由相关双采样块连接到像素阵列110的多个列CL1～CLY。模数转换块可以执行列模数转换操作，该列模数转换操作将多个模拟像素信号VP1～VPY(例如，从多个相关双采样电路135a～135c输出的多个相关双采样模拟像素信号)并行地(例如，同步或同时地)转换成多个数字信号CNT1～CNTY。

在本发明构思的示例性实施例中，多个计数器146a～146c中的每个计数器可以包括彼此级联连接的多个触发器，并且多个触发器中的每个触发器可以包括多个晶体管。多个晶体管中的每个晶体管可以基于诸如电源电压、阱偏置电压VW等的操作电压被驱动，并且阱偏置电压VW可以被设置为具有如参考图1所述的优化大小。

在本发明构思的示例性实施例中，模数转换块可以基于格雷码(Gray code)来操作以减少数据错误。在本发明构思的示例性实施例中，模数转换块可以基于相移码来操作以基于相对低的频率表示相对详细的信息。

串行加法器170可以将多个数字信号CNT1～CNTY加(例如，组合或合并)在一起以生成图像数据IMG或测试结果图案TRP。例如，当多个多路复用器144a～144c输出多个比较信号CS1～CSY时，串行加法器170可以将多个数字信号CNT1～CNTY加在一起以生成图像数据IMG。当多个多路复用器144a～144c输出测试图TP时，串行加法器170可以将多个数字信号CNT1～CNTY加在一起以生成测试结果图案TRP。

可以对像素阵列110中包括的多个单位像素PX逐行执行多个列驱动电路130a～130c的操作，例如，相关双采样块和模数转换块的操作。例如，可以对从连接到第一行RW1的像素生成的模拟像素信号VP1～VPY执行相关双采样操作和模数转换操作，以生成多个数字信号CNT1～CNTY，然后可以将多个数字信号CNT1～CNTY加在一起，以生成第一行RW1的图像数据IMG。类似地，可以对从连接到第二行RW2的像素生成的模拟像素信号VP1～VPY到从连接到第X行RWX的像素生成的模拟像素信号VP1～VPY依次重复上述操作，然后可以依次生成第二行RW2至第X行RWX的图像数据IMG。换句话说，从多个列驱动电路130a～130c和串行加法器170一次输出的图像数据IMG可以与从像素阵列110的单个行生成的行图像数据相对应，并且第一行RW1至第X行RWX的行图像数据可以被加在一起以获得与单个帧图像相对应的帧图像数据。

斜坡信号生成器150可以生成斜坡信号VRAMP。阱偏置电压生成器180可以生成阱偏置电压VW。阱偏置电压生成器180可以在测试操作期间改变阱偏置电压VW的大小，并且可以基于定时控制器190的控制执行将阱偏置电压VW的大小设置为优化大小的偏压设置操作。

测试图生成器160可以生成测试图TP。可以基于多个多路复用器144a～144c的控制将测试图TP选择性地应用到多个计数器146a～146c。在本发明构思的示例性实施例中，应用到多个计数器146a～146c的测试图TP可以是数字测试图。

当测试图TP被应用到多个计数器146a～146c时，比较逻辑165可以基于由多个列驱动电路130a～130c和串行加法器170生成的测试结果图案TRP来执行测试操作。例如，比较逻辑165可以将测试结果图案TRP与测试图TP进行比较以生成确定信号DS，并且可以将确定信号DS提供给定时控制器190。例如，当测试结果图案TRP和测试图TP基本上彼此相同时，确定信号DS可以表示测试通过。当测试结果图案TRP和测试图TP彼此不同时，确定信号DS可以表示测试失败。

在本发明构思的示例性实施例中，测试图生成器160和比较逻辑165的至少一部分可以被包括在定时控制器190中。

定时控制器190可以控制图像传感器100的整体操作定时。例如，定时控制器190可以控制行驱动器120、斜坡信号生成器150、测试图生成器160、阱偏置电压生成器180等的操作，并且可以生成控制信号，该控制信号包括用于控制多个多路复用器144a～144c的操作的选择信号SS、用于控制多个计数器146a～146c的操作的计数使能信号CEN、用于控制测试模式的模式信号MS、时钟信号等。

另外，定时控制器190可以控制图像传感器100，使得图像传感器100执行参考图1描述的方法。例如，定时控制器190可以控制测试图生成器160、多个列驱动电路130a～130c、阱偏置电压生成器180等的操作以执行测试操作和偏压设置操作。定时控制器190可以控制行驱动器120、多个列驱动电路130a～130c、斜坡信号生成器150等的操作以执行图像捕获操作。

在下文中，将详细描述用于执行根据本发明构思的一个示例性实施例的方法的图像传感器100的操作。

当执行测试操作时，测试图生成器160可以生成测试图TP，多个多路复用器144a～144c可以基于选择信号SS输出测试图TP，多个计数器146a～146c可以基于测试图TP生成多个数字信号CNT1～CNTY，串行加法器170可以基于多个数字信号CNT1～CNTY生成测试结果图案TRP，并且比较逻辑165可以基于测试结果图案TRP生成确定信号DS。可以在通过阱偏置电压生成器180改变阱偏置电压VW的大小的同时执行测试操作。所有这些操作可以由定时控制器190控制。

当执行偏压设置操作时，定时控制器190和阱偏置电压生成器180可以基于确定信号DS将阱偏置电压VW的大小设置为优化大小。例如，可以基于测试通过的电压大小来确定优化大小。

当执行图像捕获操作时，像素阵列110可以基于入射光生成多个模拟像素信号VP1～VPY，多个相关双采样电路135a～135c可以对多个模拟像素信号VP1～VPY执行相关双采样操作，斜坡信号生成器150可以生成斜坡信号VRAMP，多个比较器142a～142c可以将多个模拟像素信号VP1～VPY与斜坡信号VRAMP进行比较以生成多个比较信号CS1～CSY，多个多路复用器144a～144c可以基于选择信号SS输出多个比较信号CS1～CSY，多个计数器146a～146c可以基于多个比较信号CS1～CSY生成多个数字信号CNT1～CNTY，并且串行加法器170可以基于多个数字信号CNT1～CNTY生成图像数据IMG。可以对像素阵列110的多个行RW1～WRX中的所有行依次执行这些操作，以获得帧图像。所有这些操作可以由定时控制器190控制。

在本发明构思的示例性实施例中，当执行测试操作和偏压设置操作时，可以禁用斜坡信号生成器150、多个相关双采样电路135a～135c和多个比较器142a～142c。类似地，当执行图像捕获操作时，可以禁用测试图生成器160和比较逻辑165。

在本发明构思的示例性实施例中，测试图TP可以被应用到全部的多个列驱动电路130a～130c。换句话说，可以对全部的多个列驱动电路130a～130c执行测试操作。对全部的多个列驱动电路130a～130c执行测试操作的这种操作模式可以被称为第一测试模式。

在本发明构思的示例性实施例中，测试图TP可以仅应用到多个列驱动电路130a～130c中的一些或一部分。换句话说，可以对多个列驱动电路130a～130c的一些或一部分执行测试操作。例如，由于位于列驱动器130中间的列驱动电路的特性可能相对脆弱或较弱，因此可以仅对作为中心列驱动电路的第(Y/2)列驱动电路和相邻或邻近的列驱动电路执行测试操作。对多个列驱动电路130a～130c中的一些或一部分执行测试操作的这种操作模式可以被称为第二测试模式。

在本发明构思的示例性实施例中，可以基于模式信号MS来改变测试模式。例如，当模式信号MS具有第一逻辑电平(例如，逻辑低电平)时，可以基于第一测试模式执行测试操作。当模式信号MS具有第二逻辑电平(例如，逻辑高电平)时，可以基于第二测试模式执行测试操作。

图3是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的被包括在图像传感器的列驱动电路中的触发器的框图。图4A和图4B是图示了根据本发明构思的示例性实施例的图3的触发器中包括的三态反相器和反相器的电路图。

参考图3，触发器200可以包括输入端子D、输出端子Q、多个三态反相器TINV1、TINV2、TINV3和TINV4以及多个反相器INV1和INV2。

三态反相器TINV1、反相器INV1、三态反相器TINV2和反相器INV2可以串联连接在输入端子D和输出端子Q之间。三态反相器TINV3和反相器INV1的输入和输出可以交叉耦合，并且三态反相器TINV4和反相器INV2的输入和输出可以交叉耦合。例如，三态反相器TINV3的输入和反相器INV1的输出可以彼此连接，并且三态反相器TINV3的输出和反相器INV1的输入可以彼此连接。可以响应于时钟信号CLK来控制三态反相器TINV1和TINV4，并且可以响应于反相时钟信号CLKB来控制三态反相器TINV2和TINV3。

图3的触发器200可以被包括在图2中的多个列驱动电路130a～130c的每一个列驱动电路中。特别地，图3的触发器200可以被包括在图2中的多个计数器146a～146c的每一个计数器中。

参考图4A，三态反相器210可以包括输入端子IN1、输出端子OUT1、多个p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管PT1和PT2以及多个n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管NT1和NT2。

PMOS晶体管PT1和PT2以及NMOS晶体管NT1和NT2可以串联连接在电源电压VDD和接地电压VSS之间。例如，PMOS晶体管PT1和PT2可以串联连接在电源电压VDD和输出端子OUT1之间，并且NMOS晶体管NT1和NT2可以串联连接在输出端子OUT1和接地电压VSS之间。PMOS晶体管PT1的栅电极可以连接到输入端子IN1，PMOS晶体管PT2的栅电极可以接收反相时钟信号CLKB，NMOS晶体管NT1的栅电极可以接收时钟信号CLK，并且NMOS晶体管NT2的栅电极可以连接到输入端子IN1。

参考图4B，反相器220可以包括输入端子IN2、输出端子OUT2、PMOS晶体管PT3和NMOS晶体管NT3。

PMOS晶体管PT3和NMOS晶体管NT3可以串联连接在电源电压VDD和接地电压VSS之间。例如，PMOS晶体管PT3可以连接在电源电压VDD和输出端子OUT2之间，NMOS晶体管NT3可以连接在输出端子OUT2和接地电压VSS之间。PMOS晶体管PT3和NMOS晶体管NT3的栅电极均可以连接到输入端子IN2。

如图4A和图4B所示，三态反相器210和反相器220均可以包括至少一个PMOS晶体管和至少一个NMOS晶体管。另外，可以将第一阱偏置电压VNW施加到PMOS晶体管PT1、PT2和PT3中的每一个，并且可以将第二阱偏置电压VPW施加到NMOS晶体管NT1、NT2和NT3中的每一个。换句话说，图2中的阱偏置电压VW可以包括第一阱偏置电压VNW和第二阱偏置电压VPW。

通常，PMOS晶体管可以包括n型阱或n阱以形成p型沟道或p沟道，因此第一阱偏置电压VNW可以被称为施加到PMOS晶体管中的n阱(或n衬底)的n阱偏置电压。类似地，NMOS晶体管可以包括p型阱或p阱以形成n型沟道或n沟道，因此第二阱偏置电压VPW可以被称为施加到NMOS晶体管中的p阱(或p衬底)的p阱偏置电压。

在本发明构思的示例性实施例中，第一阱偏置电压VNW的初始设置大小可以与电源电压VDD的大小(例如，大约1V)基本相同，并且第二阱偏置电压VPW的初始设置大小可以与接地电压VSS的大小(例如，大约0V)基本相同。

在根据本发明构思的一个示例性实施例的操作图像传感器的方法中，可以使用体效应或自适应体偏置生成(ABBG)方案来控制或调整每个晶体管的阈值电压，因此可以减少图像传感器100中的多个列驱动电路130a～130c的功耗。例如，可以改变或调整第一阱偏置电压VNW的大小和第二阱偏置电压VPW的大小中的至少一个，并且可以改变或调整阱偏置电压VW的大小使得每个晶体管的阈值电压增大。

图5和图6是图示了根据本发明构思的示例性实施例的执行图1的方法中的测试操作的流程图。

参考图1、图2、图4A、图4B和图5，当执行测试操作时，可以在改变第一阱偏置电压VNW的大小的同时执行测试操作。例如，可以在增大第一阱偏置电压VNW的大小的同时执行测试操作，并且PMOS晶体管(例如，图4A和图4B中的PMOS晶体管PT1、PT2和PT3中的每一个)的阈值电压可以在第一阱偏置电压VNW的大小增大时增大。

首先，可以增大第一阱偏置电压VNW的大小(操作S110)。例如，第一阱偏置电压VNW的大小可以从初始设置大小(例如，VNWINIT)增大第一增量(例如，ΔVNW1)。换句话说，VNW＝VNWINIT+ΔVNW1。可以将增大了第一增量的第一阱偏置电压VNW施加到多个列驱动电路130a～130c，并且可以基于增大的第一阱偏置电压VNW来驱动多个列驱动电路130a～130c。

之后，可以将测试图TP应用到多个列驱动电路130a～130c(操作S120)。多个列驱动电路130a～130c可以基于增大的第一阱偏置电压VNW和测试图TP生成多个数字信号CNT1～CNTY，并且串行加法器170可以基于多个数字信号CNT1～CNTY生成测试结果图案TRP。

可以将测试图TP与测试结果图案TRP进行比较(操作S130)。在测试操作的结果是测试通过的情况下(操作S140：是)，可以重复操作S110、S120、S130和S140。例如，第一阱偏置电压VNW的大小可以从初始设置大小增大比第一增量大的第二增量(例如，ΔVNW2)(例如，VNW＝VNWINIT+ΔVNW2)，并且可以基于增大了第二增量的第一阱偏置电压VNW来执行操作S120、S130和S140。在测试操作的结果是测试失败的情况下(操作S140：否)，可以终止或结束测试操作。

可以在完成测试操作之后执行偏压设置操作。例如，可以基于测试通过的电压大小将第一阱偏置电压VNW的大小设置为第一优化大小。

在本发明构思的示例性实施例中，可以将测试通过的电压大小中的最大值设置为第一优化大小。例如，如果基于测试操作的结果，测试操作对于大约1.2V、1.4V、1.6V、1.8V和2.0V是通过的并且对于大约2.2V是失败的，则第一优化大小可以设置为大约2.0V。

在本发明构思的示例性实施例中，可以基于测试通过的电压大小中的最大值和预定容限值来设置第一优化大小。例如，如果预定容限值是大约0.1V，则可以通过从测试通过的电压大小中的最大值(例如，大约2.0V)减去预定容限值(例如，大约0.1V)来将第一优化大小设置为大约1.9V。在这种情况下，预定容限值可以帮助减少故障的可能性。

参考图1、图2、图4A、图4B和图6，当执行测试操作时，可以在改变第二阱偏置电压VPW的大小的同时执行测试操作。例如，可以在减小第二阱偏置电压VPW的大小的同时执行测试操作，并且NMOS晶体管(例如，图4A和图4B中的NMOS晶体管NT1、NT2和NT3中的每个)的阈值电压可以在第二阱偏置电压VPW的大小减小时增大。

首先，可以减小第二阱偏置电压VPW的大小(操作S115)。例如，第二阱偏置电压VPW的大小可以从初始设置大小(例如，VPWINIT)减小第一减量(例如，ΔVPW1)。换句话说，VPW＝VPWINIT-ΔVPW1。减小了第一减量的第二阱偏置电压VPW可以被施加到多个列驱动电路130a～130c，并且可以基于减小的第二阱偏置电压VPW来驱动多个列驱动电路130a～130c。

之后，可以将测试图TP应用到多个列驱动电路130a～130c(操作S120)，可以将测试图TP与由多个列驱动电路130a～130c和串行加法器170生成的测试结果图案TRP进行比较(操作S130)，并且可以基于比较结果来执行后续动作。图6中的操作S120、S130和S140可以分别与图5中的操作S120、S130和S140基本相同。

例如，在测试操作的结果是测试通过的情况下(操作S140：是)，第二阱偏置电压VPW的大小可以从初始设置大小减小比第一减量大的第二减量(例如，ΔVPW2)(例如，VPW＝VPWINIT-ΔVPW2)，并且可以基于减小了第二减量的第二阱偏置电压VPW来执行操作S120、S130和S140。在测试操作的结果是测试失败的情况下(操作S140：否)，可以终止或结束测试操作。

可以在完成测试操作之后执行偏压设置操作。例如，可以基于测试的通过电压大小将第二阱偏置电压VPW的大小设置为第二优化大小。

在本发明构思的示例性实施例中，可以将测试通过的电压大小中的最小值设置为第二优化大小。例如，如果基于测试操作的结果，测试操作对于大约-0.2V、-0.4V、-0.6V、-0.8V和-1.0V是通过的并且对于大约-1.2V是失败的，则第二次优化大小可以设置为大约-1.0V。在本发明构思的示例性实施例中，可以基于测试通过的电压大小中的最小值和预定容限值来设置第二优化大小。

可以在改变第一阱偏置电压VNW的大小和第二阱偏置电压VPW的大小的同时执行测试操作。

在本发明构思的示例性实施例中，图5中的操作S110和图6中的操作S115可以由阱偏置电压生成器180执行，图5和图6中的操作S120可以由测试图生成器160执行，图5和图6中的操作S130和S140可以由比较逻辑165执行，并且所有这些操作都可以由定时控制器190控制。

如参考图5和图6所述的，可以控制第一阱偏置电压VNW的大小和第二阱偏置电压VPW的大小中的至少一个，使得PMOS晶体管的阈值电压和NMOS晶体管的阈值电压中的至少一个增大，并且可以基于所控制的第一阱偏置电压VNW和/或第二阱偏置电压VPW来驱动图像传感器100中的多个列驱动电路130a～130c，从而减少多个列驱动电路130a～130c的功耗。

尽管图5和图6图示了执行测试操作直到发生测试失败的示例，但是本发明构思不限于此。例如，测试操作可以被执行为改变阱偏置电压的大小固定次数。例如，可以通过控制第一阱偏置电压VNW的大小来执行测试操作，可以将改变第一阱偏置电压VNW的大小的次数固定为4，第一次测试操作对于大约1.5V可以是通过的，第二次测试操作对于大约2.0V可以是通过的，第三次测试操作对于大约2.5V可以是失败的。在这种情况下，第一阱偏置电压VNW的大小可以被改变到最大的测试通过值(例如，大约2.0V)与测试失败值(例如，2.5V)之间的大小(例如，大约2.25V)，然后可以执行第四次测试操作。

图7和图8是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的在图1的方法中执行的测试操作的简图。

参考图1、图2、图7和图8，用于输出单个帧图像的帧周期可以包括用于执行测试操作和偏压设置操作的空白时段BLK、用于执行帧设置操作的光学黑色时段OB以及用于输出图像数据IMG的有效时段ATV。在图7和图8的示例中，一个矩形可以表示驱动一行像素阵列110所需的时间间隔，并且可以被称为一个水平周期或1H周期。

在本发明构思的示例性实施例中，可以针对预定数量的帧中的每个帧递归地或重复地执行测试操作和偏压设置操作。

在本发明构思的示例性实施例中，可以针对每个帧重复测试操作和偏压设置操作。例如，在每个帧周期期间，可以在表示帧图像的图像数据IMG被输出之前执行测试操作和偏压设置操作。换句话说，空白时段BLK可以在每个帧周期期间设置在有效时段ATV之前。

例如，如图7所示，空白时段BLK可以布置在光学黑色时段OB和有效时段ATV之前。在该示例中，空白时段BLK可以被包括在设置在两个连续帧周期之间的竖直空白时段中。作为另一示例，如图8所示，空白时段BLK可以设置在光学黑色时段OB和有效时段ATV之间。例如，可以在几个水平周期(例如，图7和图8中的4H)期间在空白时段BLK执行测试操作和偏压设置操作。

在本发明构思的示例性实施例中，可以每N个帧重复测试操作和偏压设置操作，其中N是大于或等于2的自然数。在该示例中，第一、第(N+1)、第(2N+1)、……帧周期中的每个帧周期可以利用图7的示例或图8的示例来实现，剩余或其他的帧周期可以实现为没有空白时段BLK。

在本发明构思的示例性实施例中，可以针对预定时间段递归地或重复地执行测试操作和偏压设置操作。在该示例中，第一帧周期和在预定时间段流逝之后紧接的每个帧周期可以利用图7的示例或图8的示例来实现，剩余或其他的帧周期可以实现为没有空白时段BLK。

光学黑色时段OB可以表示如下时间间隔：在该时间间隔期间，使用从布置在像素阵列110的光学黑色区域中的光学黑色像素输出的模拟像素信号VP执行帧设置操作；并且有效时段ATV可以表示如下时间间隔：在该时间间隔期间，使用从设置在像素阵列110的有源区域中的有源像素输出的模拟像素信号VP输出图像数据IMG。通常，光学黑色区域可以是像素阵列110的围绕有源区域的周边区域，例如，连接到像素阵列110的最上行(例如，第一行RW1)的单位像素PX可以是光学黑色像素。因此，光学黑色时段OB应当始终设置在有效时段ATV之前。空白时段BLK可以表示如下时间间隔：在该时间间隔期间，使用测试图TP(不使用单位像素PX)执行测试操作和偏压设置操作。

图9和图10是图示了根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。

参考图9，图像传感器100a包括像素阵列110、包括多个列驱动电路130a～130c的列驱动器130、以及定时控制器190。图像传感器100a还可以包括行驱动器120、斜坡信号生成器150、测试图生成器160、比较逻辑165和串行加法器170。

除了在图像传感器100a中省略了阱偏置电压生成器180之外，图9的图像传感器100a可以与图2的图像传感器100基本相同。可以省略重复描述。

提供给多个列驱动电路130a～130c的阱偏置电压VW可以从外部阱偏置电压生成器提供。定时控制器190还可以生成用于控制外部阱偏置电压生成器的控制信号VCON。

参考图10，图像传感器100b包括像素阵列110、包括多个列驱动电路132a、132b、……、132c的列驱动器131、以及定时控制器190。图像传感器100b还可以包括行驱动器120、斜坡信号生成器150、测试图生成器160b、比较逻辑165b、串行加法器170和阱偏置电压生成器180。

除了测试图生成器160b和比较逻辑165b被改变以及列驱动器131中包括的多个列驱动电路132a～132c被改变之外，图10的图像传感器100b可以与图2的图像传感器100基本相同。可以省略重复描述。

多个列驱动电路132a～132c中的每个列驱动电路可以包括多个相关双采样电路135a～135c中的相应一个相关双采样电路、多个多路复用器138a、138b、……、138c中的相应一个多路复用器、多个比较器142a～142c中的相应一个比较器以及多个计数器146a～146c中的相应一个计数器。

多个多路复用器138a～138c可以基于选择信号SS输出从多个相关双采样电路135a～135c输出的多个相关双采样模拟像素信号或从测试图生成器160b提供的测试图TP'。多个比较器142a～142c可以将多个多路复用器138a～138c的输出与斜坡信号VRAMP进行比较，以生成多个比较信号CS1～CSY。多个计数器146a～146c可以基于多个比较信号CS1～CSY生成多个数字信号CNT1～CNTY。

串行加法器170可以将多个数字信号CNT1～CNTY加(例如，组合或合并)在一起以生成图像数据IMG或测试结果图案TRP'。

测试图生成器160b可以生成测试图TP'。可以基于多个多路复用器138a～138c的控制将测试图TP'选择性地应用到多个比较器142a～142c。在本发明构思的示例性实施例中，应用到多个比较器142a～142c的测试图TP'可以是模拟测试图。

比较逻辑165b可以基于在测试图TP'被应用到多个比较器142a～142c时由多个列驱动电路132a～132c和串行加法器170生成的测试结果图案TRP'来执行测试操作。

在下文中，将详细描述用于执行根据本发明构思的示例性实施例的方法的图像传感器100b的操作。

当执行测试操作时，测试图生成器160b可以生成测试图TP'，多个多路复用器138a～138c可以基于选择信号SS输出测试图TP'，多个比较器142a～142c可以基于测试图TP'生成多个比较信号CS1～CSY，多个计数器146a～146c可以基于多个比较信号CS1～CSY生成多个数字信号CNT1～CNTY，串行加法器170可以基于多个数字信号CNT1～CNTY生成测试结果图案TRP'，并且比较逻辑165b可以基于测试结果图案TRP'生成确定信号DS。可以在通过阱偏置电压生成器180改变阱偏置电压VW的大小的同时执行测试操作。所有这些操作可以由定时控制器190控制。

当执行偏压设置操作时，定时控制器190和阱偏置电压生成器180可以基于确定信号DS将阱偏置电压VW的大小设置为优化大小。例如，可以基于测试通过的电压大小来确定优化大小。

当执行图像捕获操作时，像素阵列110可以基于入射光生成多个模拟像素信号VP1～VPY，多个相关双采样电路135a～135c可以对多个模拟像素信号VP1～VPY执行相关双采样操作，斜坡信号生成器150可以生成斜坡信号VRAMP，多个多路复用器138a～138c可以基于选择信号SS输出多个模拟像素信号VP1～VPY，多个比较器142a～142c可以将多个模拟像素信号VP1～VPY与斜坡信号VRAMP进行比较以生成多个比较信号CS1～CSY，多个计数器146a～146c可以基于多个比较信号CS1～CSY生成多个数字信号CNT1～CNTY，并且串行加法器170可以基于多个数字信号CNT1～CNTY生成图像数据IMG。可以对像素阵列110的多个行RW1～RWX中的所有行依次执行这些操作，以获得帧图像。所有这些操作可以由定时控制器190控制。

根据本发明构思的一个示例性实施例，可以在图像传感器100b中省略阱偏置电压生成器180，如参考图9所述的。

在根据本发明构思的一个示例性实施例的图像传感器和操作该图像传感器的方法中，测试操作和偏压设置操作可以实时地执行或在操作图像传感器时在运行期间执行，并且因此阱偏置电压VW的大小可以有效地设置为优化大小。可以基于具有优化大小的阱偏置电压VW来驱动图像传感器，因此图像传感器可以具有相对低的功耗。

尽管基于调整施加到多个列驱动电路中包括的晶体管的阱偏置电压VW的大小的示例来描述本发明构思的示例性实施例，但是本发明构思不限于此。例如，本发明构思可以应用于调整施加到多个列驱动电路的各个操作电压(例如，至少一部分电源电压、时钟信号的高电平等)中的至少一个的各种示例。

如本领域的技术人员能理解的，本发明构思可以实施为***、方法、计算机程序产品和/或实现在一个或更多个计算机可读介质中的计算机程序产品，该一个或更多个计算机可读介质具有实现在其上的计算机可读程序代码。计算机可读程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储供指令执行***、装置或设备使用或与其结合的程序。例如，计算机可读介质可以是非暂时性计算机可读介质。

图11是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的图像传感器中包括的单位像素的电路图。

参考图11，单位像素600可以包括光电转换单元610和信号生成单元612。

光电转换单元610可以执行光电转换操作。例如，光电转换单元610可以在积分模式期间将入射光转换为光电荷。如果包括单位像素600的图像传感器是CMOS图像传感器，则可以通过在积分模式期间收集与通过CMOS图像传感器的打开快门的入射光的强度成比例的光电转换单元610中的载流子(例如，电子-空穴对)，来获得关于要捕获的对象的图像信息。

信号生成单元612可以在读出模式期间基于由光电转换操作生成的光电荷来生成电信号(例如，模拟像素信号VP)。如果包括单位像素600的图像传感器是CMOS图像传感器，则可以关闭快门，并且可以在积分模式之后的读出模式期间基于载流子形式的图像信息生成模拟像素信号VP。例如，如图11所示，单位像素600可以具有包括四个晶体管的四晶体管结构。

例如，信号生成单元612可以包括转移晶体管620、复位晶体管640、驱动晶体管650、选择晶体管660和浮置扩散节点630。转移晶体管620可以连接在光电转换单元610和浮置扩散节点630之间，并且可以包括接收转移信号TX的栅电极。复位晶体管640可以连接在电源电压VDD和浮置扩散节点630之间，并且可以包括接收复位信号RX的栅电极。驱动晶体管650可以连接在电源电压VDD和选择晶体管660之间，并且可以包括连接到浮置扩散节点630的栅电极。选择晶体管660可以连接在驱动晶体管650和输出模拟像素信号VP的输出端子之间，并且可以包括接收选择信号SEL的栅电极。

在下文中，将详细描述生成模拟像素信号VP的操作。当在积分模式期间外部光入射到光电转换单元610上时，与入射光的量成比例地收集或生成光电荷。在积分模式之后的读出模式期间，激活选择信号SEL，并且响应于选择信号SEL来选择信号生成单元612。之后，激活复位信号RX，复位晶体管640响应于复位信号RX被导通，并且作为感测节点的浮置扩散节点630的电势被复位为电源电压VDD。当复位信号RX被去激活并且复位操作完成时，模拟像素信号VP具有与浮置扩散节点630的复位状态对应的复位电平。之后，激活转移信号TX，转移晶体管620响应于转移信号TX被导通，并且在光电转换单元610中累积的光电荷经由转移晶体管620转移到浮置扩散节点630。当转移信号TX被去激活并且电荷转移操作完成时，模拟像素信号VP具有与入射光(例如，对应于在光电转换单元610中累积的光电荷)对应的图像大小。

可以根据本发明构思的示例性实施例来改变信号生成单元612的配置。另外，一个信号生成单元可以由多个光电转换单元共享。

图12是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的包括图像传感器的电子***的框图。

参考图12，电子***1000可以实现为使用或支持移动产业处理器接口(MIPI)的数据处理设备。电子***1000可以包括应用处理器1110、图像传感器1140、显示设备1150等。电子***1000还可以包括射频(RF)芯片1160、全球定位***(GPS)1120、存储器1170、麦克风(MIC)1180、动态随机存取存储器(DRAM)1185和扬声器1190。此外，电子***1000可以使用超宽带(UWB)1210、无线局域网(WLAN)1220、全球微波接入互操作性(WIMAX)1230等执行通信。

应用处理器1110可以是控制图像传感器1140的操作的控制器或处理器。图像传感器1140可以是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器。

应用处理器1110可以包括：显示器串行接口(DSI)主机1111，其执行与显示设备1150的DSI设备1151的串行通信；相机串行接口(CSI)主机1112，其执行与图像传感器1140的CSI设备1141的串行通信；物理层(PHY)1113，其基于MIPI DigRF执行与RF芯片1160的PHY1161的数据通信；以及DigRF MASTER 1114，其控制物理层1161的数据通信。可以通过DigRFMASTER 1114控制RF芯片1160的DigRF SLAVE 1162。

在本发明构思的示例性实施例中，DSI主机1111可以包括串行器(SER)，并且DSI设备1151可以包括解串器(DES)。在本发明构思的示例性实施例中，CSI主机1112可以包括解串器(DES)，并且CSI设备1141可以包括串行器(SER)。

本发明构思可以应用到包括图像传感器的各种电子设备和电子***。例如，本发明构思可以应用到诸如移动电话、智能电话、平板电脑、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄录像机、视频播放器、导航设备、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、万联网(IoE)设备、电子书阅读器、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备、机器人设备等的***。

在根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器和操作该图像传感器的方法中，测试操作和偏压设置操作可以实时地执行或在操作图像传感器时在运行期间执行，并且因此阱偏置电压的大小可以有效地设置为优化大小。可以基于具有优化大小的阱偏置电压来驱动图像传感器，因此图像传感器可以具有相对低的功耗。

虽然已经参考本发明的示例性实施例示出并描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书陈述的本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括像素阵列和连接到所述像素阵列的多个列的多个列驱动电路，所述方法包括：

通过在改变施加到所述多个列驱动电路中包括的晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路，来执行测试操作；

基于所述测试操作的结果，执行用于设置所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作；以及

基于所述像素阵列、所述多个列驱动电路以及通过所述偏压设置操作设置的阱偏置电压，执行用于检测入射光并生成帧图像的图像捕获操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述多个列驱动电路包括p型金属氧化物半导体晶体管和n型金属氧化物半导体晶体管，并且

在改变施加到所述p型金属氧化物半导体晶体管中的n阱的第一阱偏置电压的大小和施加到所述n型金属氧化物半导体晶体管中的p阱的第二阱偏置电压的大小中的至少一者的同时，执行所述测试操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在增大所述第一阱偏置电压的大小的同时，执行所述测试操作。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，在减小所述第二阱偏置电压的大小的同时，执行所述测试操作。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在改变所述阱偏置电压的大小使得所述多个列驱动电路中包括的所述晶体管的阈值电压增大的同时，执行所述测试操作。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个列驱动电路中的每个列驱动电路包括：

比较器，所述比较器被配置为将从所述像素阵列输出的模拟像素信号与斜坡信号进行比较以生成比较信号；以及

计数器，所述计数器被配置为对所述比较信号的电平转变次数进行计数以生成数字信号，

其中，所述测试图被选择性地应用到所述计数器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述测试图是数字测试图。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述晶体管包含在所述计数器中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个列驱动电路中的每个列驱动电路包括：

比较器，所述比较器被配置为将从所述像素阵列输出的模拟像素信号与斜坡信号进行比较以生成比较信号；以及

计数器，所述计数器被配置为对所述比较信号的电平转变次数进行计数以生成数字信号，

其中，所述测试图被选择性地应用到所述比较器。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述测试图是模拟测试图。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，仅对所述多个列驱动电路中的一部分列驱动电路执行所述测试操作。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，针对预定数量的帧中的每个帧递归地执行所述测试操作和所述偏压设置操作。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

用于输出单个帧图像的帧周期包括用于执行所述测试操作和所述偏压设置操作的空白时段、用于执行帧设置操作的光学黑色时段以及用于输出图像数据的有效时段；并且

所述空白时段被设置在所述光学黑色时段之前或所述光学黑色时段和所述有效时段之间。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，针对预定时间段递归地执行所述测试操作和所述偏压设置操作。

15.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述像素阵列被配置为响应于入射光生成多个模拟像素信号；

多个列驱动电路，所述多个列驱动电路连接到所述像素阵列的多个列，所述多个列驱动电路包括晶体管并且被配置为将所述多个模拟像素信号转换成与帧图像相对应的多个数字信号；以及

定时控制器，所述定时控制器被配置为：通过在改变施加到所述晶体管的阱偏置电压的大小的同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路，来执行测试操作，并且基于所述测试操作的结果，执行用于设置施加到所述晶体管的所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作；

其中，基于由所述偏压设置操作设置的所述阱偏置电压，执行用于生成所述帧图像的图像捕获操作。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个列驱动电路中的每个列驱动电路包括：

比较器，所述比较器被配置为将所述多个模拟像素信号中的一个模拟像素信号与斜坡信号进行比较以生成比较信号；

多路复用器，所述多路复用器被配置为响应于选择信号输出所述测试图或所述比较信号；以及

计数器，所述计数器被配置为基于所述多路复用器的输出生成所述多个数字信号中的一个数字信号。

17.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个列驱动电路中的每个列驱动电路包括：

多路复用器，所述多路复用器被配置为响应于选择信号输出所述测试图或所述多个模拟像素信号中的一个模拟像素信号；

比较器，所述比较器被配置为将所述多路复用器的输出与斜坡信号进行比较以生成比较信号；以及

计数器，所述计数器被配置为基于所述比较信号生成所述多个数字信号中的一个数字信号。

18.根据权利要求15所述的图像传感器，还包括：

阱偏置电压生成器，所述阱偏置电压生成器被配置为响应于所述定时控制器的控制来生成所述阱偏置电压。

19.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述阱偏置电压是从外部阱偏置电压生成器提供的。

20.一种电子***，包括：

图像传感器，所述图像传感器被配置为响应于入射光生成帧图像；以及

控制器，所述控制器被配置为控制所述图像传感器的操作，

其中，所述图像传感器包括：

像素阵列，所述像素阵列被配置为响应于所述入射光生成多个模拟像素信号；

多个列驱动电路，所述多个列驱动电路连接到所述像素阵列的多个列，所述多个列驱动电路包括晶体管并且被配置为将所述多个模拟像素信号转换成与所述帧图像相对应的多个数字信号；以及

定时控制器，所述定时控制器被配置为通过在改变施加到所述晶体管的阱偏置电压的大小同时，将测试图应用到所述多个列驱动电路来执行测试操作，并且基于所述测试操作的结果，执行用于设置施加到所述晶体管的所述阱偏置电压的大小的偏压设置操作；

其中，基于由所述偏压设置操作设置的所述阱偏置电压，执行用于生成所述帧图像的图像捕获操作。

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