成像传感器阵列中的异常时钟频率检测的制作方法_5

文档序号:9264812阅读:来源:国知局
耗、复杂性和/或其他费用方面的开销)的情况下,提供对异常时钟频率的有效检测。在一些实施例中,时钟频率检测电路可以利用包括在某些实施例的ROIC 402/120中的某部分的模-数转换器(ADC)电路的优点,这在提供有效检测的同时可以进一步地便于集成并进一步地降低复杂度。
[0163]参考图14可以更好地理解时钟频率检测电路的各个方面。图14示出了根据本公开实施例的、红外传感器组件128的一部分的电路1400的示意图。然而,应当理解,本文所公开的技术不限于电路1400,而是适于FPA的各种实现方式(例如,包括测辐射热计、单元晶格电路和R0IC)或其他成像传感器阵列(例如,可见光成像装置、基于CMOS的传感器和/或基于CCD的传感器)。例如,如本领域技术人员将会理解的,可以在本文之前引用的美国专利N0.6028309、6812465、7034301、7679048中描述的FPA电路的各种实现方式中的任何一个中实现时钟频率检测电路。
[0164]电路1400可以包括通道电路部分1402,其可以依次包括多个每通道(或每列)块,例如,红外传感器132阵列的每个列的一个每通道块。也就是说,例如,可以重复圆圈所示出的作为通道电路部分1402的部件和电路,并且所述部件和电路可以作为每通道块包括在阵列的每列中。在图14示出的实施例中,在通道电路部分1402中示出了 80个这种每通道块。然而,如本文所讨论的,红外传感器132阵列可以是特定实现方式所需的任意尺寸,因此,通道电路部分1402中的每通道块的数量对于不同的实现方式来说可以不同。同样的,在其他实现方式中,在通道电路部分1402中示出的一些部件或电路可以替代地由红外传感器132阵列的两个或多个列或由整个红外传感器132阵列共享(例如,整个FPA的一个这样的部件或电路)。应当理解的是,在不背离本公开的范围和精神的情况下,本文公开的各种技术可应用到电路1400的这种其他实现方式中。
[0165]电路1400可以包括以与偏压产生和时序控制电路404/1204的时序控制部分类似的方式实现的时序控制电路1404。时序控制电路1604可适于基于由时钟发生器1471 (例如,实现为红外传感器组件128的一部分或者独立于红外传感器组件128)提供的时钟信号1470,对电路1400的各个部件的时序进行控制和同步。在一些实施例中,可以通过红外传感器组件128的接合焊盘142或其他方式向电路1400提供时钟信号1470,并且可以将所述时钟信号1470分配(例如,通过时序控制电路1404、时钟分配树、和/或其他方式)给可以使用该时钟信号1470的红外传感器组件128的各个部件。
[0166]在一些实施例中,电路1400可以包括以与图12和13的LDO 1220相同或类似的方式实现的LDO 1420。如所讨论的,根据一个或多个实施例,LDO 1420可适于将调节到期望电平的电压提供给红外传感器组件128的需要该电压的各个部件和电路。
[0167]根据本文描述的一个或多个实施例,更具体的根据图13,电路1400可以包括红外传感器132和开关电路1370。开关电路1370和/或时序控制电路1404可以基于时钟信号1470选择红外传感器132的行(例如,通过关闭开关以将选择的红外传感器132的行连接到通道电路部分1402)。在各种实施例中,红外传感器132可以包括布置成阵列并适于接收由于通过红外传感器阵列128观测到的场景而接收到红外辐射的工作测辐射热计(在图14中由Rb标示并且由测福射热计符号标示)。在示出的实施例中,示出了 80X60阵列的工作测辐射热计,其对应于通道电路部分1402中的80个每通道块的每一个的60行工作测辐射热计。
[0168]在一些实施例中,电路1400可以包括偏压校正电路1412,其可以以与上文根据图12和13描述的偏压校正电路1212类似的方式来实现,或者以任何其他合适的方式来实现,以调整提供给红外传感器132的一个或多个偏压(例如,为了补偿温度变化、自加热和/或其他变化)。例如,基于具体的实现方式,偏压校正电路1412可以适当地偏置一个或多个晶体管(例如,示出的电路1400中的晶体管1430和1432)的栅极,以调整施加到红外传感器132的偏压。就这方面而言,在一些实施例中,电路1400可以包括热短路(或分路)到基板(例如,基板140)以作为有助于补偿基板的温度变化的偏压的温度补偿负载的一个或多个测辐射热计(例如,测辐射热计1436和1437)。
[0169]在一些实施例中,电路1400还可以包括适于响应于控制位1641而改变电压和/或电流并提供偏移校正的偏移数模转换器(DAC) 1440。在根据本文之前引用的美国专利N0.6028309和6812465描述的各种过程执行的校正过程或其他合适的校正过程期间,可以确定控制位1441并将其存储到例如红外传感器组件128的存储器1439中。在一些实施例中,可以使用附加控制位1427并将其提供给电路1400以调节与各种部件相关的各种操作参数。
[0170]就电路1400的一般操作而言,红外传感器132(例如,对于给定列所选择的行的工作测辐射热计)感测到的温度变化改变其电阻,并从而导致(例如,在图14示出的实施例中的节点1480处)输出电压Vout的变化。如上所述,在一个或多个实施例中,可以包括各种部件和/或电路以补偿这种温度变化、自加热、各种不匹配、不均匀和/或其他变化。
[0171]根据一些实施例,由红外传感器132提供的检测信号(例如,在节点1480处的输出电压Vout)可以由缓冲器1442缓存和/或放大。可以由积分器1444对检测信号(例如,在一些实施例中,由缓冲器1442放大)进行积分以提供模拟信号。在一些实施例中,可以使用运算放大器1446、电阻1448 (标记为Rint)、电容1450 (标记为Cint)和复位开关1452来实现积分器1444。尽管图14示出了积分器1444的一个示例性的实现方式,但是,任何其他合适的积分器或积分电路可用于实现积分器1444。
[0172]在一些实施例中,电路1400可以包括适于从积分器1444接收模拟信号(例如,积分的检测信号)的采样和保持电路1454。采样和保持电路1454可用于响应于模拟信号而捕获(例如,采样)电压,保持(例如,维持在基本恒定的电平)捕获的电压,并提供捕获的电压以进彳丁t旲数转换。例如,可以通过相关的开关电路1455和/或时序控制电路1404,基于时钟信号1470来对采样和保持的时序进行控制和同步。
[0173]在各种实施例中,电路1400可以包括将捕获的电压(例如,在一些实施例中,由采样和保持电路1454保持的电压)转换为数字输出值(例如,通过执行模数(A/D)转换)的部件。在一些实施例中,电路1400可以包括可用于执行模数转换的比较器1456、斜坡发生器1458、计数器1460、开关1462、电容1463和锁存器1464。更具体的,例如,斜坡发生器1458可适于产生斜坡信号(例如,在一个实施例中,斜坡信号为斜着上升或下降并随后迅速返回到零或基准值的锯齿信号)。在各种实施例中,可以使用振荡器、积分器、和/或适于产生具有不依赖于(例如,独立于)时钟信号1470的斜率(例如,变化率或斜坡率)的斜坡信号的其他传统的部件和电路来实现斜坡发生器1458。
[0174]在各种实施例中,可以使用二进制计数器、格雷码计数器或适于响应于时钟信号1470而递增(或递减)具有N位比特(例如,12比特、13比特、14比特或其他指定数量的比特)的计数值(例如,在一个或多个计数信号中编码的)的其他传统的数字计数器来实现计数器1460。在一些实施例中,由计数器1460调整(例如,递增或递减)的计数值可以与斜坡信号具有基本上类似的周期(例如,基本上在同一时间复位为零或基准值)。例如,在一些实施例中,斜坡发生器1458和计数器1460可以分别包括复位开关1406和1407,其适于从时序控制电路1404接收复位信号1405并响应于复位信号1405而分别重新启动斜坡信号(例如,从基准电平)和计数值(例如,从基准值)。在另一个实施例中,当重新计数时,计数器1460可以为斜坡发生器1458产生复位信号1405,这样就可以基本上在同一时间重新启动斜坡发生器1458和计数器1460。
[0175]在示出的例子中,比较器1456可适于从采样和保持电路1454接收捕获的电压并从斜坡发生器1458接收斜坡信号,并比较电压和斜坡信号,以当斜坡信号与电压大致相匹配时触发(例如,产生信号以关闭开关1462)。当比较器1456触发时,可以选择当前计数值并作为数字值存储到锁存器1464中。在一些实施例中,电路1400可以包括多路复用器1406,其可用于对存储在锁存器1464中的每个通道/列的数字值进行多路复用,以产生数字输出信号1411 (例如,包括对应于在红外传感器132接收的红外辐射的数字输出值的串行数字输出信号)。
[0176]尽管在图14中,将比较器1456、开关1462和锁存器1464示出为包括在通道电路部分1402中并且对于每个列重复,但是在其他实施例中,可以在全局阵列的基础上,在通道电路1402外部实现这些部件(例如,由所有红外传感器132或一组列中的红外传感器132共享)。同样的,在其他实施例中,电路1400可替换地包括适于将从采样和保持电路1454的电压转换为数字值的其他模数转换器的实现方式。
[0177]在一些实施例中,电路1400可以包括适于获得与红外传感器组件128相关的环境温度读数的温度传感器1468。在一些实施例中,温度读数可以作为本文进一步描述的温度计数1469。这种环境温度读数可在进行各种校准的过程中使用。在一个实施例中,可以将温度传感器1468设置为靠近红外传感器132、热短路的测辐射热计1436和/或热短路的测辐射热计1437,以使得从温度传感器1468获得的温度读数可以紧密地追踪这些部件的温度。在一个实施例中,温度传感器1468和多路复用器1406可适于将环境温度读数多路复用到数字输出信号1411,以使得红外传感器组件128外部的部件可以访问环境温度读数(例如,通过本文描述的处理模块160和/或处理器195)。因此,例如,外部部件(例如,处理模块160和/或处理器195)可适于使用环境温度读数来补偿电路1400的各个部件的依赖于温度的特性。
[0178]现在将参考图15描述可以集成到(例如,实现为其中的一部分)电路1400以提供有效和高效的异常时钟频率检测的时钟频率检测电路。图15示出了根据本公开实施例的、可以集成到电路1400以检测时钟信号1470是否具有位于预期范围内的时钟频率的时钟频率检测电路1500的不意性的电路图。在各种实施例中,时钟频率检测电路1500可以共孚或使用电路1400的各个部件,包括下面这些部件,例如,斜坡发生器1458、计数器1460、多路复用器1406以及与A/D转换和/或数字输出信号1411的产生相关的其他部件。这样,在无需过度开销的情况下就可以容易地将时钟频率检测电路1500集成为电路1400的一部分,同时提供对可能影响电路1400的工作的异常时钟频率的有效检测。
[0179]在一些实施例中,时钟频率检测电路1500可以包括以与采样和保持电路1454类似的方式实现但适于接收参考信号1580的采样和保持电路1454A。参考信号1580可以由参考信号发生器1520提供,在一些实施例中,所述参考信号发生器1520可适于产生、调节和/或保持(例如,保持在一个基本上稳定的电平)用作参考信号1580的特定电压。在一些实施例中,参考信号发生器1520可适于使用由LDO 1420提供的稳定电压来提供参考信号 1580。
[0180]如所示出的,在一些实施例中,可以通过多路复用器1586将参考信号1580提供给采样和保持电路1454A。在一些实施例中,多路复用器1586可适于接收并基于选择输入信号选择性地提供参考信号1580或至少一个其他信号1584。例如,可以在多路复用器1586选择其他信号1585,以将其转换为数字值或者由包括时钟频率检测电路1500的电路1400进行处理,同时可以选择参考信号1580以利用所述参考信号1580来检测异常时钟频率,下文将对其作进一步的描述。就这方面而言,根据一些实施例,可以周期性地选择参考信号1580,或者当需要检测异常时钟频率时选择参考信号1580。
[0181]在各种实施例中,时钟频率检测电路1500可以包括以与比较器1456类似的方式实现但适于从可以保持参考信号1580的采样和保持电路1454A接收电压的比较器1456A。在各种实施例中,比较器1456A还可适于从斜坡发生器1458接收斜坡信号以将斜坡信号与从采样和保持电路1454A接收的电压(例如,与参考信号1580相关的特定电压)进行比较。
[0182]如上文根据图14所述,斜坡发生器1458可适于产生具有不依赖于(例如,独立于)时钟信号1470的斜率(例如,变化率或斜坡率)的斜坡信号。在一些实施例中,复位之间的时间间隔可以与如上文所述的计数器1460同步。可选的,在某些实施例中,可以提供并使用(例如,选择性地接合或旁路)电平移位缓冲器1555,以根据需要调整斜坡信号的偏移量(例如,电压)。在一些实施例中,可选的电平移位缓冲器1555对电路1400来说可以是全局的(例如,提供给斜坡发生器1458而不是为比较器1456和比较器1456A而复制)。
[0183]由于斜坡信号可以不依赖于时钟信号1470,并且参考信号1580可以包括调节到特定电平的电压,所以,无论时钟信号1470如何,斜坡信号在一定的固定时期(例如,在一定范围内)之后都可以达到参考信号1580( S卩,上升到与参考信号基本上相等的电压水平)。因此,无论时钟信号1470如何,在斜坡信号在每个周期开始斜线上升之后(例如,在锯齿形斜坡信号的每个锯齿开始之后),比较器1456A都可在基本相同的时间(例如,在一定范围的时间范围内)触发。
[0184]与此相反,如上所述,计数器1460可以响应于时钟信号1470而递增或递减计数值,从而计数值递增或递减的速率可以随时钟信号1470的时钟频率的变化而变化。因此,例如,当比较器1456A触发时所选择的当前计数值可以基于时钟信号1470的时钟频率而改变。根据一些实施例,可以将选择的计数值(例如,也称为参考电压计数1566)作为对应于参考信号1580的数字值传送和/或存储到锁存器1464A中(通过开关1462A和电容1463A)。在一些实施例中,可以将存储在锁存器1464A中的选择的计数值多路复用到数字输出信号1411A(例如,其还可以包括对应于在红外传感器132接收的红外辐射和/或由温度传感器1448读取的周围环境温度的数字输出值)。
[0185]在各种实施例中,时钟频率检测电路1500可以包括处理模块1565,其适于接收参考电压计数1566(例如,在一些实施例中,通过数字输出信号1411A),并基于参考电压计数1566确定时钟信号1470的时钟频率是否处于预期的范围之内。在一些实施例中,可以使用根据图3和4描述的处理模块165来实现处理模块1565。在其他实施例中,可以使用作为红外传感器模块128的一部分的合适的硬件和/或软件逻辑来实现处理模块1565。在一些实施例中,处理模块1565可以被配置(例如,在硬件和/或软件中)为,通过检查参考电压计数1566是否落入预期的计数范围内来确定时钟频率是否位于正常范围内。例如,根据一些实施例,如果时钟信号1470的时钟频率超出预期范围(例如,超出时钟频率的容许范围),则参考电压计数1566可以高于或低于一定预期范围的计数。因此,例如,检测到参考电压计数1566超出预期范围可以表示异常时钟频率。
[0186]在一些实施例中,处理模块1565还可以适于对可能影响与时钟频率检测电路1500相关的各个部件(例如,斜坡发生器1458和/或比较器1456A)的操作特性的温度变化进行补偿。就这方面而言,在一些实施例中,处理模块1565可适于接收由温度传感器1468提供的温度读数(例如,包括在数字输出信号1411A中),并确定给定的温度读数的参考电压计数1566是否处于预期范围内。也就是说,对于某些实施例,对应于参考信号1580的预期范围的参考电压计数1566可以根据与红外传感器组件128和/或时钟频率检测电路1500的各个部件(例如,斜坡发生器1458、比较器1456A、和/或其他部件)相关的温度而变化,并且从而处理模块1565可适于当确定时钟信号1470的时钟频率是否处于预期的正常范围内时,说明可接受的计数的变化范围。
[0187]例如,在一个实施例中,处理模块1565可适于使用温度读数访问查找表以确定给定温度的预期范围的计数。在另一个实施例中,处理模块1565可适于内插和/或外推(例如,使用线性/曲线公式、拉格朗日系数、和/或其他合适的方法)给定温度的预期范围的计数。在这些实施例中,可以在红外传感器组件128或红外传感器模块100的校准期间确定查找表、公式和/或系数,根据一些实施例,并且将所述查找表、公式和/或系数存储到处理模块1565可访问的存储器中。
[0188]在一些实施例中,时钟频率检测电路1500可适于:如果其确定时钟信号1470的时钟频率超出预期的正常范围,就禁用(例如,关闭或以其他方式
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