CMOS光電探測器工作原理和CMOS圖像傳感器像素傳輸信號
CMOS光電探測器都是基于PN結光電二極管的工作原理。當光電二極管反向偏置時(反向電壓小于雪崩擊穿電壓)，與入射光強度成比例的電流分量將流經二極管。這種電流成分通常稱為光電流。由于光電流隨光強線性增加，可以使用光電二極管來構建光電探測器。這種光電檢測結構的抽象表示如下。
(a)光電探測器示例示意圖(b)光電流值隨時間的變化
一、CMOS光電探測器的工作原理:
在曝光周期開始時，復位開關閉合，以將光電二極管反向偏置到電壓VD。接下來，打開開關，產生與入射光強度成比例的光電流。電流在Fian到Pian的范圍內，太小，無法直接測量。如果我們將光電二極管暴露在光線下一段時間，色調和電流將在二極管電容CD上積分。儲存的電荷為我們提供了更強的累積信號，更容易測量。此外，組合平均過程使得累積信號更忠實地表示測量的光強度，尤其是在處理弱信號或噪聲信號時。
請注意，阱容量Qwell設置了CD可以容納的電荷的上限。超過一定的光強，二極管就會飽和，積累的電荷就等于最大值，如上圖所示。因此，必須仔細選擇積分周期。
另一個應該考慮的非理想效應是，除了光電流之外，另一個稱為暗電流的電流分量流經二極管。暗電流是在沒有光的情況下產生的電流。該電流分量必須最小化，以使器件的靈敏度最大化。
二、CMOS圖像傳感器的框圖:
二維光電探測器陣列用于探測入射光的強度。由光電探測器產生的電荷被轉換成電壓信號，該電壓信號通過“行選擇”和“列選擇”開關陣列被傳輸到輸出放大器。ADC用于將放大的信號數字化。為了執行讀出，給定行的像素值被并行傳送到一組存儲電容器(下面未示出)，然后這些傳送的像素值被順序讀出。
上圖是APS(主動像素傳感器)的架構。在APS設備中，每個像素位置不僅包含光電二極管，還包含放大器。稱為PPS(無源像素傳感器)的更簡單的架構沒有將放大器集成到像素中。在DPS(數字像素傳感器)設備中，每個像素都有自己的模數轉換器和存儲塊。因此，DPS架構中的像素輸出與光強度成比例的數字值。
