🔌 電路圖怎麼看:4T 像素 vs 6T SRAM

先學會讀符號,再把電路圖對回 3D 結構 ・ 系列②(搭配 3D 爆炸圖)
4T 感測 6T 記憶

0看懂電路圖的三把鑰匙

電路圖(schematic)不是接線照片,而是「誰接到誰」的拓樸圖。讀圖前先建立三個直覺,後面 4T 和 6T 就都能自己拆解。
Drain(汲極) Source(源極) Gate(閘極) 閘極=控制 通不通的 「水龍頭」
🔑 鑰匙一:一顆電晶體 = 一個受控開關
MOSFET 有三隻腳:Gate(閘)控制通不通、電流在 Drain 與 Source 之間流。閘極那條「不接觸通道、隔一個縫」的平行線,就是辨認 MOS 的關鍵特徵。NMOS 閘極高電位導通;PMOS 閘極端多一個小圈圈,低電位才導通。
🔑 鑰匙二:分清「節點」與「元件」
元件有符號(電晶體、二極體、電容);節點 node 只是幾條線交會的接點,有名字沒符號(像 4T 的 FD、SRAM 的 Q/QB)。讀圖第一步:先把有名字的節點圈出來,電路就剩「節點之間用什麼元件連」。
🔑 鑰匙三:認出常見「招式 motif」
老手不是一根根線追,而是一眼認出慣用組合:source follower(緩衝讀出)、inverter(反相)、cross-coupled latch(記憶)。看到招式就知道這團電路在幹嘛。下面三張就是本頁的主角招式。
🔑 順序:電源在哪、訊號從哪進、從哪出
先找 VDD / GND 兩條電源軌(通常在上下),再找輸入訊號的閘極、輸出的節點。電源→輸入→輸出三點定位,再大的圖都不慌。

★三個一定要會認的招式

VDD in out out 電壓跟著 in 走
Source Follower(源極隨耦器)
閘極接「要量的節點」、drain 接 VDD、source 當輸出。輸出電壓「跟隨」輸入(差一個 VGS),高輸入阻抗、不耗損被量的電荷。CIS 的 SF 就靠它讀 FD。
GND VDD out in
Inverter(反相器)
上 PMOS + 下 NMOS,兩個閘極接在一起當 in、中間接點當 out。in 高→out 低、in 低→out 高。數位電路最小積木,兩個它就組成記憶。
Q QB 互相鎖住 → 記住 1 bit
Cross-Coupled Latch(交叉耦合鎖存)
兩個 inverter 頭尾相接,各自的輸出當對方的輸入,形成兩個穩定狀態(Q=1/QB=0 或反之)。一旦寫進去就自己撐住——這就是「記憶」。SRAM 的心臟。
看圖訣竅:看到「閘極接節點而非訊號線」想到 source follower;看到「PMOS 疊 NMOS、閘極共接」想到 inverter;看到「兩團東西的輸出互接對方輸入」想到 latch。招式認出來,半張圖就讀完了。

A4T APS 像素:感測的基本細胞

把游標移到電路圖任一顆電晶體上 → 右側看它的角色與「怎麼從圖上認出來」,下方嵌入的 3D 爆炸圖會同步點亮對應的那一塊結構。電路符號 ↔ 真實矽結構,左右對得起來。
VDD RST FD TX/TG PD PPD(光電二極體) SF FD → SF 閘極 SEL column → ADC
👆 把游標移到任一顆電晶體(或 PD)上,這裡會顯示它的角色與判讀方式,旁邊 3D 也會同步點亮。
在電路裡的角色
怎麼從圖上認出它
↑ 這是系列①的 3D 爆炸圖(嵌入版)。hover 上方電路圖的電晶體,這裡對應的 gate / 結構會亮起來。也可以直接在裡面拖曳旋轉、按 ▶ 訊號流 看讀出動畫。
4T 的招式:RST 是「把 FD 拉回 VDD 的開關」、SF 是「讀 FD 的 source follower」、SEL 是「把這顆接上匯流排的開關」、TX 是「PD→FD 的閘門」。讀出時先讀 reset、再 TX 轉移、再讀 signal,相減(CDS)就把雜訊消掉——這段動態在 3D 的 ▶ 訊號流 看最清楚。

B6T SRAM:記憶 / cache 的基本細胞

同樣 hover 看詳解。6T = 兩個 inverter(4 顆電晶體)交叉耦合成 latch(記 1 個 bit)+ 2 顆 access 電晶體(M5/M6,負責讀寫進出)。它住在邏輯晶圓與手機 SoC 的 cache 裡——和 4T 像素是「感測 vs 記憶」的對照組。
WL(word line,列選) BL BLB Q → 餵右邊 INV 的輸入 QB → 餵左邊 INV 的輸入 INV INV Q QB M5 M6
👆 hover 看每個區塊的角色。特別注意紫色那兩條「交叉回授線」——它就是讓 SRAM 記得住的關鍵。
在電路裡的角色
怎麼從圖上認出它
怎麼讀寫一個 bit?WL 拉高 → M5/M6 導通,把 Q/QB 接上 BL/BLB。讀:感測 BL 與 BLB 哪邊被拉低,就知道存的是 0 還 1。寫:用 BL/BLB 強力拉一邊,覆蓋掉 latch 原本的狀態。WL 放掉後,cross-coupled latch 自己撐住,bit 就被「記住」了。

=4T 像素 vs 6T SRAM:感測 vs 記憶

同樣是矽上的基本細胞,一個負責「把光變成可讀的電壓」,一個負責「把一個 bit 記住」。整條訊號鏈:光 →(4T 抓進來,類比)→ ADC →(數位)→ ISP → 存進(6T SRAM / cache)→ CPU 用。
面向4T APS 像素6T SRAM cell
角色感測:光 → 電荷 → 電壓記憶:鎖存 1 個 bit(0/1)
組成PPD + 4 顆 NMOS(TX / RST / SF / SEL),FD 為共享節點2 inverter(4 顆)交叉耦合 + 2 顆 access(M5/M6)
關鍵招式Source follower(讀 FD)+ CDS 去雜訊Cross-coupled latch(雙穩態記憶)
訊號性質類比(電荷量 / 電壓)數位(穩定的高/低電位)
怎麼讀出SF → SEL → column line → column ADCWL 開 → BL / BLB → sense amplifier
住在哪像素晶圓(top wafer)邏輯晶圓 / SoC 的 cache