基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及采用放大器復(fù)用方式進(jìn)行光強(qiáng)量化讀出 的動態(tài)視覺傳感器。具體講，涉及基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 動態(tài)視覺傳感器（DynamicVisionSensor，DVS)是一種新型CMOS(Complementary MetalOxideSemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器，其像素的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如 圖1所示，由光電二極管HX對數(shù)管Mfb、放大器A1、放大器A2、電容C1、電容C2、開關(guān)RST、 0N比較器、OFF比較器和邏輯模塊logic組成。具體工作方式如下：
[0003] 光電二極管ro因受到光照而產(chǎn)生光電流Iph，Iph通過對數(shù)管Mfb轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的 光信號電壓Vp。放大器A1的作用在于形成負(fù)反饋環(huán)路，使得Vp能及時響應(yīng)Iph的變化。 Vp與Iph的轉(zhuǎn)化關(guān)系為
[0005] 其中κ表示Mfb的亞閾值斜率因子，VS表示對數(shù)管Mfb的源級電壓，UT表示熱電 壓，10表示光電二極管ro的恒定參考電流。電容C1和C2、放大器A2以及開關(guān)RST組成一 個開關(guān)電容放大器。當(dāng)開關(guān)RST斷開時，放大器輸出端電壓Vdiff的變化值A(chǔ)Vdiff與放 大器輸入端電壓Vp的變化值△Vp成比例變化，即有
[0007] 從而DVS能實時監(jiān)測Vp的變化情況：若ΔVdi??達(dá)到了所設(shè)定的變化閾值 Vth，0Ν(通常為負(fù)值），則0Ν比較器輸出一個脈沖，稱為產(chǎn)生了一個0Ν事件；若ΔVdiff達(dá) 到了所設(shè)定的變化閾值Vth，OFF(通常為正值），則OFF比較器輸出一個脈沖，稱為產(chǎn)生了一 個OFF事件。當(dāng)有事件產(chǎn)生時，邏輯模塊輸出事件并控制開關(guān)RST閉合，清除事件并進(jìn)行復(fù) 位過程。復(fù)位完成后開關(guān)RST斷開，本次事件周期完成，DVS將開始新一輪監(jiān)測過程。
[0008] 由上述動態(tài)視覺傳感器DVS的工作原理可以看出，傳統(tǒng)的動態(tài)視覺傳感器DVS僅 能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測光電流的連續(xù)變化從而產(chǎn)生表征其變化性質(zhì)的0N/0FF事件脈沖，而本身并 不具有將光強(qiáng)信息進(jìn)行量化讀出的功能。如若要求動態(tài)視覺傳感器DVS在探測光強(qiáng)變化的 同時亦能得到光強(qiáng)信息，則需要在DVS像素結(jié)構(gòu)中引入額外的量化讀出電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用復(fù)用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光電流連續(xù)監(jiān)測和光強(qiáng)量化 讀出兩種功能的傳感器，為此，本實用新型采取的技術(shù)方案是，基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺 傳感器，光電二極管ro與對數(shù)管Mfb的源級相連接，并在Mfb的柵級和源級之間加入放大 器A1構(gòu)成負(fù)反饋回路，用于將光電二極管探測到的光電流以對數(shù)方式轉(zhuǎn)換為電壓；對數(shù)管 Mfb的柵級還和電容Cl相連，電容Cl與放大器A2之間加入開關(guān)SW3 ;開關(guān)SW4-端連接放 大器A2輸入端，另一端則連接參考電壓Vref;電容C2和復(fù)位開關(guān)SW2分別與放大器A2并 聯(lián)，電容C3與開關(guān)SW1串聯(lián)后并接在放大器A2的兩端；A2的輸出分別與ON比較器和OFF 比較器相連接，ON比較器和OFF比較器的輸出均接入邏輯模塊Logic中；Logic有五個輸 出，分別控制SW1~SW5的斷開與閉合。
[0010] 各開關(guān)開、關(guān)時序是，在事件探測階段，開關(guān)SW1、SW2、SW4和SW5處于斷開狀態(tài)， 而SW3閉合，放大器A2用于將光強(qiáng)變化信號放大后用于判斷時間是否觸發(fā)；在事件產(chǎn)生后，SW3、SW4和SW5保持原狀態(tài)，SW1和SW2閉合，進(jìn)入事件復(fù)位過程；事件復(fù)位過程完成后，SW2 斷開，同時SW3斷開SW4閉合，進(jìn)入量化階段，此時放大器A2用于將A1反饋回路得到的對 數(shù)光響應(yīng)電壓輸出；量化階段持續(xù)若干時鐘周期，以保證放大器輸出信號的完全建立。在量 化階段末尾SW5閉合，對放大器的輸出信號進(jìn)行讀出；在量化階段結(jié)束后，SW4和SW5斷開， SW2和SW3閉合，從而進(jìn)入到量化復(fù)位階段；量化復(fù)位結(jié)束時，SW1、SW2斷開，完成本事件周 期，進(jìn)入到下一個事件周期的事件探測過程中。
[0011] 與已有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)特點與效果：
[0012] 1.采用放大器復(fù)用結(jié)構(gòu)的傳感器不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測光信號變化，還能基于此結(jié)構(gòu) 對光信號進(jìn)行量化讀出。
[0013] 2.傳感器的事件探測過程和量化讀出過程采用的是同一光電二極管輸入的信號， 避免了光響應(yīng)非一致性帶來的信號偏差，消除了DVS像素的探測-量化誤差。
【附圖說明】
[0014] 圖1傳統(tǒng)DVS像素結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖2采用放大器復(fù)用進(jìn)行光強(qiáng)量化讀出的DVS像素的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖3采用放大器復(fù)用進(jìn)行光強(qiáng)量化讀出的DVS像素的時序圖。
【具體實施方式】
[0017] 本實用新型在傳統(tǒng)DVS結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過增加參考電壓、電容和開關(guān)等端口或元 件，并在一個事件周期中增加量化讀出和量化復(fù)位兩個放大器的工作過程，使得該動態(tài)視 覺傳感器DVS結(jié)構(gòu)本身同時具備連續(xù)光強(qiáng)監(jiān)測和光強(qiáng)量化輸出的能力。
[0018] 具體描述如下：
[0019] 本實用新型采用的像素結(jié)構(gòu)及其工作時序如圖3所示。像素具體結(jié)構(gòu)如下：光電 二極管ro與對數(shù)管Mfb的源級相連接，并在Mfb的柵級和源級之間加入放大器A1構(gòu)成負(fù) 反饋回路，用于將光電二極管探測到的光電流以對數(shù)方式轉(zhuǎn)換為電壓；電容C1與放大器A2 之間加入開關(guān)SW3 ;開關(guān)SW4 -端連接放大器，另一端則連接參考電壓Vref;電容C2和復(fù) 位開關(guān)SW2分別與放大器A2并聯(lián)，電容C3與開關(guān)SW1串聯(lián)后并接在放大器A2的兩端；放 大器A2的輸出分別與0N比較器和OFF比較器相連接，兩個比較器的輸出均接入邏輯模塊 Logic中；邏輯模塊Logic有五個輸出，分別控制開關(guān)SW1~SW5的斷開與閉合。
[0020] 時序圖中開關(guān)SW1~SW5為低電平時表示該開關(guān)斷開，為高電平時表示該開關(guān)閉 合。在事件探測階段，開關(guān)SW1、SW2、SW4和SW5處于斷開狀態(tài)，而開關(guān)SW3閉合，此時與傳 統(tǒng)DVS中事件探測過程一致，放大器A2用于將光強(qiáng)變化信號放大后用于判斷時間是否觸 發(fā)。在事件產(chǎn)生后，開關(guān)SW3、SW4和SW5保持原狀態(tài)，開關(guān)SW1和SW2閉合，進(jìn)入事件復(fù)位 過程。事件復(fù)位過程完成后，開關(guān)SW2斷開，同時開關(guān)SW3斷開開關(guān)SW4閉合，進(jìn)入量化階 段，此時放大器A2用于將放大器A1反饋回路得到的對數(shù)光響應(yīng)電壓輸出。量化階段持續(xù) 若干時鐘周期，以保證放大器輸出信號的完全建立。在量化階段末尾開關(guān)SW5閉合，對放大 器的輸出信號進(jìn)行讀出。在量化階段結(jié)束后，開關(guān)SW4和SW5斷開，開關(guān)SW2和SW3閉合， 從而進(jìn)入到量化復(fù)位階段。量化復(fù)位結(jié)束時，開關(guān)SW1、SW2斷開，完成本事件周期，進(jìn)入到 下一個事件周期的事件探測過程中。
[0021] 因為所提出方法可能有很多的實現(xiàn)方式，這里要寫一個比較理想的方案。
[0022] 以3. 3V，llOnm制作工藝為例給出本實用新型的一種實施方式。所設(shè)計圖像傳感 器一個時鐘周期為20ns，一個事件周期為160ns。參考電壓Vref為2. 8V，電容C1為800fF， 電容C2 為 50fF，電容C3 為 200fF，Vth,ON和Vth,OFF均為 40mV。
【主權(quán)項】
1. 一種基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺傳感器，其特征是，光電二極管ro與對數(shù)管Mfb的 源級相連接，并在對數(shù)管Mfb的柵級和源級之間加入放大器A1構(gòu)成負(fù)反饋回路，用于將光 電二極管ro探測到的光電流以對數(shù)方式轉(zhuǎn)換為電壓；對數(shù)管Mfb的柵級還和電容C1相連， 電容C1與放大器A2之間加入開關(guān)SW3 ;開關(guān)SW4 -端連接放大器A2輸入端，另一端則連 接參考電壓Vref;電容C2和復(fù)位開關(guān)SW2分別與放大器A2并聯(lián)，電容C3與開關(guān)SW1串聯(lián) 后并接在放大器A2的兩端；放大器A2的輸出分別與ON比較器和OFF比較器相連接，ON比 較器和OFF比較器的輸出均接入邏輯模塊Logic中；邏輯模塊Logic有五個輸出，分別控制 開關(guān)SW1~SW5的斷開與閉合。2. 如權(quán)利要求1所述的基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺傳感器，其特征是，各開關(guān)開、關(guān)時 序是，在事件探測階段，開關(guān)SW1、SW2、SW4和SW5處于斷開狀態(tài)，而開關(guān)SW3閉合，放大器A2 用于將光強(qiáng)變化信號放大后用于判斷時間是否觸發(fā)；在事件產(chǎn)生后，開關(guān)SW3、SW4和SW5保 持原狀態(tài)，開關(guān)SW1和SW2閉合，進(jìn)入事件復(fù)位過程；事件復(fù)位過程完成后，開關(guān)SW2斷開， 同時開關(guān)SW3斷開開關(guān)SW4閉合，進(jìn)入量化階段，此時放大器A2用于將放大器A1反饋回路 得到的對數(shù)光響應(yīng)電壓輸出；量化階段持續(xù)若干時鐘周期，以保證放大器輸出信號的完全 建立；在量化階段末尾開關(guān)SW5閉合，對放大器的輸出信號進(jìn)行讀出；在量化階段結(jié)束后， 開關(guān)SW4和SW5斷開，開關(guān)SW2和SW3閉合，從而進(jìn)入到量化復(fù)位階段；量化復(fù)位結(jié)束時，開 關(guān)SW1、SW2斷開，完成本事件周期，進(jìn)入到下一個事件周期的事件探測過程中。
【專利摘要】本實用新型涉及集成電路領(lǐng)域，為提供一種采用復(fù)用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光電流連續(xù)監(jiān)測和光強(qiáng)量化讀出兩種功能的傳感器，本實用新型采取的技術(shù)方案是，基于放大器復(fù)用的動態(tài)視覺傳感器，光電二極管PD與對數(shù)管Mfb的源級相連接，并在Mfb的柵級和源級之間加入放大器A1構(gòu)成負(fù)反饋回路，用于將光電二極管探測到的光電流以對數(shù)方式轉(zhuǎn)換為電壓；對數(shù)管Mfb的柵級還和電容C1相連，電容C1與放大器A2之間加入開關(guān)SW3；開關(guān)SW4一端連接放大器A2輸入端，另一端則連接參考電壓Vref；電容C2和復(fù)位開關(guān)SW2分別與放大器A2并聯(lián)，電容C3與開關(guān)SW1串聯(lián)后并接在放大器A2的兩端。本實用新型主要應(yīng)用于集成電路的設(shè)計制造。
【IPC分類】H04N5/374
【公開號】CN205051792
【申請?zhí)枴緾N201520706209
【發(fā)明人】徐江濤, 鄒佳偉, 高志遠(yuǎn), 聶凱明, 高靜, 史再峰
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年9月11日