基于放大器復用的動態(tài)視覺傳感器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路領域，尤其涉及采用放大器復用方式進行光強量化讀出的動 態(tài)視覺傳感器。具體講，涉及基于放大器復用的動態(tài)視覺傳感器。 技術(shù)背景
[0002] 動態(tài)視覺傳感器（DynamicVisionSensor，DVS)是一種新型CMOS(Complementary MetalOxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器，其像素的基礎結(jié)構(gòu)如 圖1所示，由光電二極管HX對數(shù)管Mfb、放大器AU放大器A2、電容CU電容C2、開關(guān)RST、 ON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)化為對應的 光信號電壓Vp。放大器Al的作用在于形成負反饋環(huán)路，使得Vp能及時響應Iph的變化。 Vp與Iph的轉(zhuǎn)化關(guān)系為
[0005] 其中K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表示光電二極管的恒定參考電流。電容Cl和C2、放大器A2以及開關(guān)RST組成一 個開關(guān)電容放大器。當開關(guān)RST斷開時，放大器輸出端電壓Vdiff的變化值AVdiff與放 大器輸入端電壓Vp的變化值AVp成比例變化，即有
[0007] 從而DVS能實時監(jiān)測Vp的變化情況：若AVdiff達到了所設定的變化閾值 Vth，ON(通常為負值），則ON比較器輸出一個脈沖，稱為產(chǎn)生了一個ON事件；若AVdiff?達 到了所設定的變化閾值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，清除事件并進行復 位過程。復位完成后開關(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DVS的工作原理可以看出，傳統(tǒng)的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信息進行量化讀出 的功能。如若要求DVS在探測光強變化的同時亦能得到光強信息，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，提供一種采用復用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光電流連續(xù)監(jiān)測和光強量化 讀出兩種功能的傳感器，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于放大器復用的動態(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Al 構(gòu)成負反饋回路，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和復位開關(guān)SW2分別與放大器A2并聯(lián)， 電容C3與開關(guān)SWl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SWl~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)，SWl和SW2閉合，進入事件復位過程；事件復位過程完成后，SW2 斷開，同時SW3斷開SW4閉合，進入量化階段，此時放大器A2用于將Al反饋回路得到的對 數(shù)光響應電壓輸出；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，從而進入到量化復位階段；量化復位結(jié)束時，SWl、SW2斷開，完成本事件周 期，進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，本發(fā)明的技術(shù)特點與效果：
[0012] 1.采用放大器復用結(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采用放大器復用進行光強量化讀出的DVS像素的結(jié)構(gòu)與時序圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明在傳統(tǒng)DVS結(jié)構(gòu)基礎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位兩個放大器的工作過程，使得該DVS結(jié)構(gòu)本身 同時具備連續(xù)光強監(jiān)測和光強量化輸出的能力。
[0017]具體描述如下：
[0018] 本發(fā)明采用的像素結(jié)構(gòu)及其工作時序如圖2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Al構(gòu)成負反饋 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Cl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;C2和復位開關(guān)SW2 分別與放大器A2并聯(lián)，電容C3與開關(guān)SWl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，兩個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SWl~SW5的斷開與閉合。
[0019] 時序圖中SWl~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)，SWl和SW2閉合，進入事件復位過程。事件復位過程完 成后，SW2斷開，同時SW3斷開SW4閉合，進入量化階段，此時放大器A2用于將Al反饋回路 得到的對數(shù)光響應電壓輸出。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行讀出。在量化階段結(jié)束后，SM 和SW5斷開，SW2和SW3閉合，從而進入到量化復位階段。量化復位結(jié)束時，SW1、SW2斷開， 完成本事件周期，進入到下一個事件周期的事件探測過程中。
[0020] 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。
[0021] 以3. 3V，IlOnm制作工藝為例給出本發(fā)明的一種實施方式。所設計圖像傳感器一 個時鐘周期為20ns，一個事件周期為160ns。Vref為2. 8V，Cl為800fF，C2為50fF，C3為 200fF，Vth,ON和Vth,OFF均為 40mV。
【主權(quán)項】
1. 一種基于放大器復用的動態(tài)視覺傳感器，其特征是，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Al構(gòu)成負反饋回路，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和復位開關(guān)SW2分別與放大器A2并聯(lián)，電容C3與開關(guān)SWl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SWl~SW5的斷開與閉合。2. 如權(quán)利要求1所述的基于放大器復用的動態(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SW3閉合，放大器A2用 于將光強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)，SWl和SW2閉合，進入事件復位過程；事件復位過程完成后，SW2斷開，同時SW3斷開SM 閉合，進入量化階段，此時放大器A2用于將Al反饋回路得到的對數(shù)光響應電壓輸出；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 入到量化復位階段；量化復位結(jié)束時，SW1、SW2斷開，完成本事件周期，進入到下一個事件 周期的事件探測過程中。
【專利摘要】本發(fā)明涉及集成電路領域，為提供一種采用復用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光電流連續(xù)監(jiān)測和光強量化讀出兩種功能的傳感器，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于放大器復用的動態(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。本發(fā)明主要應用于集成電路的設計制造。
【IPC分類】H04N5/374
【公開號】CN105163048
【申請?zhí)枴緾N201510579585
【發(fā)明人】徐江濤, 鄒佳偉, 高志遠, 聶凱明, 高靜, 史再峰
【申請人】天津大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月11日