能夠抵抗單粒子效應(yīng)的數(shù)字像素圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抗輻射集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體講，涉及能夠抵抗單粒子效應(yīng)的數(shù)字像素圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]空間環(huán)境中需要使用高性能的圖像傳感器。CMOS圖像傳感器具有光電特性好，功耗低、更適應(yīng)太空輻射環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在未來許多空間任務(wù)中都優(yōu)于CCD器件。其中包括數(shù)字像素傳感器(Digital pixel sensor, DPS)和有源像素圖像傳感器(Active pixelsensor，APS)。然而，CMOS圖像傳感器對(duì)電荷注入比較敏感，特別是使用固定光電二極管時(shí)，容易產(chǎn)生總劑量效應(yīng)。傳感器中的數(shù)字信號(hào)還容易產(chǎn)生單粒子效應(yīng)。當(dāng)高能粒子入射到數(shù)字電路時(shí)，沉積的電荷會(huì)改變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)或者在組合邏輯的輸出產(chǎn)生一個(gè)尖脈沖，這分別是空間環(huán)境中的單粒子翻轉(zhuǎn)和單粒子瞬態(tài)(Single event transient, SET)。雖然SEU和SET不會(huì)對(duì)電路造成永久性損壞，但它們會(huì)給DPS的功能實(shí)現(xiàn)帶來隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一款能夠抵抗單粒子效應(yīng)的數(shù)字像素圖像傳感器，防止其因?yàn)楦吣芰Ｗ庸舢a(chǎn)生跳變，進(jìn)而保證圖像傳感器不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤曝光。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，能夠抵抗單粒子效應(yīng)的數(shù)字像素圖像傳感器，由像素陣列(DPS Array)和控制模塊(Controller)組成，其中像素陣列包含32行*32列的像素；控制模塊包括使能控制單元(Enable Detector)、有限狀態(tài)機(jī)(Main Finit State Machine)、二進(jìn)制全局計(jì)數(shù)器(BinaryCounter)、二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元(BIN2GRAY)、格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元(GRAY2BIN)、多路選擇器(MUX)組成；使能信號(hào)給到使能檢測單元來檢測到有效啟動(dòng)信號(hào)，使能檢測單元連接至有限狀態(tài)機(jī)開始為全局計(jì)數(shù)器、像素陣列、多路選擇器分別提供啟動(dòng)信號(hào)；二進(jìn)制全局計(jì)數(shù)器連接二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元，二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元再連接像素陣列，為像素提供初始格雷碼信號(hào)；像素陣列的輸出連到格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元，格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元再連到多路選擇器上，選擇器選擇哪一行像素用來輸出。多路選擇器的輸出連至有限狀態(tài)機(jī)，有限狀態(tài)機(jī)在接收到讀信號(hào)之后從DATA端口讀出像素輸出碼制。
[0004]像素陣列在時(shí)序控制邏輯的控制下完成相應(yīng)的復(fù)位、曝光和讀出操作；時(shí)序控制邏輯的核心是主控狀態(tài)機(jī)(MFSM)，傳感器的輸入信號(hào)包括PD_RST、CLK、EN、RST，輸出信號(hào)包括F_VALID、L_VALID、DATA，其中PD_RST是像素復(fù)位信號(hào)，CLK是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，EN是外部請(qǐng)求成像的使能信號(hào)，RST是系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，L_VALID和F_VALID分別是像素陣列的行有效和幀有效信號(hào)，DATA是像素輸出；時(shí)序控制邏輯是由系統(tǒng)時(shí)鐘CLK的上升沿觸發(fā)的同步數(shù)字電路，上電后，使用低電位的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RST對(duì)時(shí)序控制邏輯進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位方式為同步復(fù)位，復(fù)位完成并退出復(fù)位后，時(shí)序控制邏輯進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)時(shí)序控制邏輯中的使能檢測單元在連續(xù)3個(gè)時(shí)鐘上升沿均采樣到高電位的EN信號(hào)時(shí)，將確認(rèn)外部請(qǐng)求成像的要求，并通知主控狀態(tài)機(jī)執(zhí)行復(fù)位、曝光和讀出操作；退出復(fù)位后，時(shí)序控制邏輯的主控狀態(tài)機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)，RST信號(hào)通過16個(gè)電平轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通數(shù)字像素陣列中的復(fù)位管MRST，實(shí)現(xiàn)所有PD的復(fù)位；2個(gè)時(shí)鐘周期后，RST信號(hào)置低，所有ro進(jìn)入曝光階段；與此同時(shí)，主控狀態(tài)機(jī)控制二進(jìn)制計(jì)數(shù)器Binary Counter從O開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)過程結(jié)束后，陣列中各行數(shù)字像素的所有存儲(chǔ)單元一次被選通，主控狀態(tài)機(jī)將數(shù)字像素陣列中各列數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)至DATA輸出。
[0005]其中的使能檢測單元的電路結(jié)構(gòu)為，信號(hào)經(jīng)MO輸入端D輸入，M0、M1、M2是三個(gè)二選一多路選擇器，是移位寄存器，MO、R0、MU RU M2、R2依次相連；A、B、C是移位寄存器輸出，同時(shí)是判斷邏輯單元(Logical Judgment)的輸入；這個(gè)邏輯判斷單元判斷ABC是否相同，如果相同輸出Q拉高，否則維持低電平。
[0006]本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是:
[0007]結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的手段對(duì)電路進(jìn)行加固的，因此能夠抵抗由于單粒子效應(yīng)造成的圖像傳感器的使能信號(hào)的錯(cuò)誤翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而保證圖像傳感器的正確曝光。
【附圖說明】
:
[0008]圖1數(shù)字像素圖像傳感器結(jié)構(gòu)；
[0009]圖2數(shù)字像素圖像傳感器時(shí)序；
[0010]圖3使能檢測單元的邏輯結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明涉及抗輻射集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)采用空間冗余技術(shù)對(duì)使圖像傳感器的使能信號(hào)進(jìn)行加固。使能信號(hào)是外部請(qǐng)求成像的信號(hào)，加固此信號(hào)從而使圖像傳感器具有抗單粒子翻轉(zhuǎn)(Single event upset，SEU)的能力，圖像傳感器不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤曝光。
[0012]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一款能夠抵抗單粒子效應(yīng)的數(shù)字像素圖像傳感器。它主要把外部請(qǐng)求成像的使能信號(hào)進(jìn)行加固，可以防止其因?yàn)楦吣芰Ｗ庸舢a(chǎn)生跳變，進(jìn)而保證圖像傳感器不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤曝光。
[0013]抗輻射數(shù)字像素CMOS圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中傳感器架構(gòu)由像素陣列(DPS Array)和控制模塊(Controller)組成。其中像素陣列包含32行*32列的像素?？刂颇K包括使能控制單元(Enable Detector)、有限狀態(tài)機(jī)(Main Finit StateMachine)、二進(jìn)制全局計(jì)數(shù)器(Binary Counter)、二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元(BIN2GRAY)、格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元(GRAY2BIN)、多路選擇器(MUX)組成。首先，使能信號(hào)給到使能檢測單元來檢測到有效啟動(dòng)信號(hào)，使能檢測單元連接至有限狀態(tài)機(jī)開始為全局計(jì)數(shù)器、像素陣列、多路選擇器分別提供啟動(dòng)信號(hào)。全局計(jì)數(shù)器連接二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元，二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷單元再連接像素陣列，為像素提供初始格雷碼信號(hào)。像素陣列的輸出連到格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元，格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制單元再連到多路選擇器上，選擇器選擇哪一行像素用來輸出。多路選擇器的輸出連至有限狀態(tài)機(jī)，有限狀態(tài)機(jī)在接收到讀信號(hào)之后從DATA端口讀出像素輸出碼制。
[0014]DPS Array在時(shí)序控制邏輯的控制下完成相應(yīng)的復(fù)位、曝光和讀出操作。時(shí)序控制邏輯的核心是主控狀態(tài)機(jī)(MFSM)，該部分負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)其他各部分的工作。傳感器的輸入信號(hào)包括 PD_