本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種時(shí)域靈敏度增強(qiáng)型的動(dòng)態(tài)視覺傳感器。

背景技術(shù)：

動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dynamicvisionsensor，dvs)是一種新型cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，其像素的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由光電二極管pd、對數(shù)管mfb、放大器a1、放大器a2、電容c1、電容c2、開關(guān)rst、比較器comp1、比較器comp2和邏輯模塊logic組成，其具體工作方式如下：

光電二極管pd受到光照產(chǎn)生光電流iph，工作在亞閾值區(qū)的對數(shù)管mfb能將iph轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓vp通過其柵極進(jìn)行輸出。放大器a1跨接在對數(shù)管mfb的柵極和源極之間，從而形成負(fù)反饋環(huán)路，拓展了mfb的帶寬，提升了vp對于iph的響應(yīng)速度。根據(jù)mosfet在亞閾值區(qū)的工作模式，可以推導(dǎo)出vp與iph的轉(zhuǎn)化關(guān)系為

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，i0表示mfb的參考電流。當(dāng)iph變化δiph，且δiph＜＜iph時(shí)，vp的變化值為

電容c1和c2、放大器a2以及開關(guān)rst組成一個(gè)開關(guān)電容放大器。當(dāng)開關(guān)rst在復(fù)位之后斷開時(shí)，放大器a2輸出端電壓vdiff的變化值δvdiff與放大器輸入端電壓vp的變化值δvp成比例變化，即有

vrefl與vrefh分別是comp1正極和comp2負(fù)極的參考電壓，且有vrefl<vdiff<vrefh。在光強(qiáng)恒定不變、且復(fù)位開關(guān)rst從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)時(shí)，comp1與

comp2的輸出均為低電平。若定義

vth,on＝vrefl-vdiff,vth,off＝vrefh-vdiff(4)則當(dāng)δvdiff＜vth,on時(shí)，comp1的輸出從低變化為高而comp2的輸出保持為低，稱該像素產(chǎn)生了一個(gè)on事件；當(dāng)δvdiff＞vth,off時(shí)，comp2的輸出從低變化為高而comp1的輸出保持為低，稱該像素產(chǎn)生了一個(gè)off事件?？紤]到事件產(chǎn)生的平衡性，一般有

|vth,on|＝|vth,off|＝vth(5)其中vth表示預(yù)先設(shè)定的變化閾值。當(dāng)有事件產(chǎn)生時(shí)，邏輯模塊會(huì)對外進(jìn)行輸出，并在輸出完成后控制開關(guān)rst閉合，對vdiff進(jìn)行復(fù)位以清除事件。在復(fù)位過程結(jié)束后開關(guān)rst斷開，本次事件周期完成，像素將開始新一輪事件探測過程。

由上述dvs像素的工作原理可以看出，dvs能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測光電流的連續(xù)變化，從而產(chǎn)生包含了其變化性質(zhì)與變化幅度的on/off事件脈沖。這些事件脈沖表征了傳感器所探測到的連續(xù)時(shí)間上的動(dòng)態(tài)信息。其中，若定義tc(temporalcontrast，時(shí)域?qū)Ρ榷?為光電流的相對變化率，并以此表征dvs能夠響應(yīng)的場景光強(qiáng)最低變化幅度，則

動(dòng)態(tài)視覺傳感器的tc越小，則其時(shí)域靈敏度越高，能夠響應(yīng)的光強(qiáng)變化越小，動(dòng)態(tài)成像也就越精細(xì)。從式(6)可以看出，低tc要求低電容比c2/c1以及低閾值vth。但是，c2的最小值受到工藝條件的限制；c1受到像素面積的制約不能過大；比較器受到失調(diào)、噪聲以及精度等限制，導(dǎo)致vth不能過低。以上原因使得dvs的tc的最小值受到了嚴(yán)重的制約，從而限制了dvs細(xì)節(jié)動(dòng)態(tài)信息的保留程度，使得dvs動(dòng)態(tài)成像精細(xì)度較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，針對現(xiàn)有動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dvs)的時(shí)域?qū)Ρ榷?tc)受到工藝條件的限制而較高，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)成像精細(xì)程度較差、細(xì)節(jié)信息缺失程度嚴(yán)重的問題，提供一種時(shí)域靈敏度增強(qiáng)型的動(dòng)態(tài)視覺傳感器，通過加入mosfet鏈降低動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dvs)的時(shí)域?qū)Ρ榷?tc)，提高其對動(dòng)態(tài)場景細(xì)節(jié)的成像能力。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種時(shí)域靈敏度增強(qiáng)型的動(dòng)態(tài)視覺傳感器，由光電二極管、對數(shù)管、m級n型mosfet鏈、第一放大器、第二放大器、第一電容、第二電容、開關(guān)、第一比較器、第二比較器和邏輯模塊組成，所述m級n型mosfet鏈由m個(gè)n型的mosfet相互串聯(lián)組成，按照串聯(lián)的順序m個(gè)mosfet依次命名為第1級、第2級、…、第m級，每一級的漏端均與本級的柵端相連，且從第2級起，每一級的漏端還與上一級的源端相連；所述光電二極管的正極接地，負(fù)極與m級n型mosfet鏈中第m級的源端相連；所述對數(shù)管的漏端與電源相連，源端與m級n型mosfet鏈中第一級的漏端相連，柵端輸出電壓vp；第一放大器的輸入端和輸出端分別連接光電二極管的負(fù)極和對數(shù)管的柵端，第一電容的兩端分別連接第一放大器的輸出端和第二放大器的輸入端，第二電容和開關(guān)均跨接在第二放大器的輸入端與輸出端之間與第二放大器形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述第一比較器的正輸入端為參考電壓vrefl，負(fù)輸入端連接第二放大器的輸出端；所述第二比較器的負(fù)輸入端為參考電壓vrefh，正輸入端連接第二放大器的輸出端，第一比較器和第二比較器的輸出均接入所述邏輯模塊，邏輯模塊輸出開關(guān)的控制信號以控制開關(guān)的狀態(tài)。

所述m級n型mosfet鏈中每個(gè)mosfet的寬長比均與對數(shù)管相同。

所述m為≥1的正整數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

本發(fā)明基于傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dvs)的像素結(jié)構(gòu)，通過在iph-vp轉(zhuǎn)化電路中增加m級柵源相連的n型mosfet構(gòu)成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，提高了其轉(zhuǎn)化能力，使得該動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dvs)結(jié)構(gòu)在相同工藝與設(shè)計(jì)參數(shù)的條件下，獲得更低的tc，提升了動(dòng)態(tài)視覺傳感器(dvs)的動(dòng)態(tài)成像精細(xì)度。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)視覺傳感器的像素電路結(jié)構(gòu)圖

圖2是本發(fā)明動(dòng)態(tài)視覺傳感器的像素電路結(jié)構(gòu)圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。為使描述簡潔，清楚，下文中部分“動(dòng)態(tài)視覺傳感器”由dvs表示，“時(shí)域?qū)Ρ榷取庇蓆c表示。

本發(fā)明時(shí)域靈敏度增強(qiáng)型的動(dòng)態(tài)視覺傳感器采用的像素結(jié)構(gòu)如圖2所示，由光電二極管pd、對數(shù)管mfb、m級n型mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)鏈、第一放大器a1、第二放大器a2、第一電容c1、第二電容c2、開關(guān)rst、第一比較器comp1、第二比較器comp2和邏輯模塊logic組成，這些器件與模塊相互的連接關(guān)系如下所述：按照串聯(lián)的順序m個(gè)mosfet依次命名為第1級、第2級、…、第m級，每一級的漏端均與本級的柵端相連，且從第2級起，每一級的漏端還與上一級的源端相連；光電二極管pd的正極接地，負(fù)極與m級n型mosfet鏈中第m級的源端相連；對數(shù)管mfb的漏端與電源相連，源端與m級n型mosfet鏈中第一級的漏端相連，柵端輸出電壓vp；第一放大器a1的輸入端和輸出端分別連接光電二極管pd的負(fù)極和對數(shù)管mfb的柵端，第一電容c1的兩端分別連接第一放大器a1的輸出端和第二放大器a2的輸入端，第二電容c2和開關(guān)rst均跨接在第二放大器a2的輸入端與輸出端之間與第二放大器a2形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一比較器comp1的正輸入端為參考電壓vrefl，負(fù)輸入端連接第二放大器a2的輸出端；第二比較器comp2的負(fù)輸入端為參考電壓vrefh，正輸入端連接第二放大器a2的輸出端，第一比較器comp1和第二比較器comp2的輸出均接入邏輯模塊logic，邏輯模塊logic輸出開關(guān)rst的控制信號以控制開關(guān)rst的狀態(tài)。

進(jìn)一步的，在mosfet鏈中每個(gè)mosfet的寬長比均與對數(shù)管mfb相同，并且同樣工作在亞閾值區(qū)。具體串聯(lián)的級數(shù)m可以根據(jù)電源電壓、mosfet的閾值電壓以及vp要求的輸出范圍而定，一般在0.35μm工藝、電源電壓為3.3v的條件下，m可以取在1～3之間。

本發(fā)明動(dòng)態(tài)視覺傳感器dvs的像素電路的工作過程如下：光電二極管pd受到光照產(chǎn)生光電流iph，對數(shù)管mfb將iph轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓vp通過其柵極進(jìn)行輸出；第一放大器a1跨接在對數(shù)管mfb的柵極和源極之間，從而形成負(fù)反饋環(huán)路，拓展了對數(shù)管mfb的帶寬，提升vp對于iph的響應(yīng)速度；第一電容c1、第二電容c2、第二放大器a2以及開關(guān)rst組成開關(guān)電容放大器，根據(jù)vp產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓vdiff；第一比較器comp1和第二比較器comp2分別將vdiff與vrefl和vrefh進(jìn)行比較，在vdiff<vrefl時(shí)第一比較器comp1產(chǎn)生脈沖，稱為on事件，同時(shí)第二比較器comp2輸出無變化，而在和vdiff＞vrefh時(shí)第二比較器comp2產(chǎn)生脈沖，稱為off事件，同時(shí)第一比較器comp1輸出無變化。當(dāng)有事件產(chǎn)生時(shí)，邏輯模塊會(huì)對外進(jìn)行輸出，并在輸出完成后控制開關(guān)rst閉合，對vdiff進(jìn)行復(fù)位以清除事件。在復(fù)位過程結(jié)束后開關(guān)rst斷開，本次事件周期完成，像素將開始新一輪事件探測過程。

增加m級柵漏相連的mosfet鏈?zhǔn)沟脮r(shí)域?qū)Ρ榷?tc)降低的原理如下：

定義該mosfet鏈中第n級mosfet的柵極、源極和漏極電壓分別為vgn、vsn與vdn。由于鏈中mosfet本身為柵漏相連而相互之間為串聯(lián)，故

vgn＝vdn＝vs(n-1)(7)

又鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的第1級與mfb串聯(lián)，故

vg1＝vd1＝vsfb(8)

其中vsfb為mfb的源極電壓。對于mfb應(yīng)用式(1)，有

對于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中第n級mosfet應(yīng)用式(1)，有

將每一級的表達(dá)式逐步向前級代入，最終得到

結(jié)合式(3)(4)(6)，可以推出該dvs像素的時(shí)域靈敏度為

一般κ＝0.6～0.8。經(jīng)過計(jì)算容易看出，在c2/c1與vth相等的條件下，式(12)中時(shí)域?qū)Ρ榷?tc)小于式(6)，即該類型dvs像素的時(shí)域靈敏度得到了提升。

進(jìn)一步的，考慮在0.18μm工藝、電源電壓為3.3v的條件下實(shí)現(xiàn)該種動(dòng)態(tài)視覺傳感器像素結(jié)構(gòu)，并設(shè)κ＝0.8。

若取m＝1，則該dvs的tc為傳統(tǒng)dvs的44.4％，即傳感器的時(shí)域靈敏度提升了約1倍。

若取m＝2，則該dvs的tc僅為傳統(tǒng)dvs的26.2％，傳感器的時(shí)域靈敏度提升了約3倍。

本發(fā)明并不限于上文描述的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。