动态有源像素视觉传感器的制作方法

文档序号:17816949发布日期:2019-06-05 21:50
动态有源像素视觉传感器的制作方法

本发明属于一种动态有源像素视觉传感器,尤其涉及一种面向快速移动的动态有源像素视觉传感器。



背景技术:

移动机器人操作简单、高效、成本低廉,具有很大的应用价值和发展前景。传统的视觉传感器,把世界看成是一系列的帧。连续帧包含大量冗余信息,浪费内存访问,内存、磁盘空间、能量、计算能力和时间。此外,每一帧在每个像素上施加相同的曝光时间,使得它很难处理含非常黑暗和明亮区域的场景。动态有源像素视觉传感器通过使用类似人类视网膜这样的技术来解决这些问题,而不是在固定帧速率下浪费整个图像,而是在一个场景中的移动时记录局部像素级的变化。其输出是在微秒时间分辨率下的事件流,然后基于帧的强度读出并叠加数据,动态事件数据显示强度的增加和减少。相当于或比传统的高速视觉传感器每秒运行数千帧,功率、数据存储和计算需求大幅度减少,由于局部处理,传感器动态范围也相对增加。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种动态有源像素视觉传感器。

本发明所提供的一种动态有源像素视觉传感器,包括相连接的有源像素传感器、动态视觉传感器及晶体管MN5,所述有源像素传感器包括晶体管MN1-MN4,所述动态视觉传感器包括晶体管MN6、MN7、MP1、电容放大器、第一及第二共源静态反相比较器,所述晶体管MN1的栅极与列复位信号相连,漏极与第一电源相连,源极与晶体管MN3的源极相连,所述晶体管MN3的栅极与开关信号相连,漏极与晶体管MN2的栅极相连,所述晶体管MN2的漏极与第一电源相连,源极与晶体管MN4的漏极相连,所述晶体管MN4的栅极与。。。信号CS相连,所述晶体管MN4的源极与。。。信号AO相连,所述晶体管MN3的漏极与晶体管MN2的栅极之间的节点还通过栅极电容后接地,所述晶体管MN1的源极与晶体管MN3的源极之间的节点与晶体管MN5的漏极相连,所述晶体管MN5的栅极与第一偏置电压相连,源极与晶体管MN6的漏极相连,所述晶体管MN6的源极与光电二极管的阴极相连,所述光电二极管的阳极接地,所述光电二极管的阴极还直接与晶体管MN7的栅极相连,所述晶体管MN7的源极接地,漏极与晶体管MN6的栅极相连,还直接与晶体管MP1的漏极相连,所述晶体管MP1的源极与第二电源相连,栅极与第二偏置电压相连,所述晶体管MP1的漏极与晶体管MN7的漏极之间的节点通过电容放大器后与第一共源静态反相比较器及第二共源静态反相比较器相连,所述第一共源静态反相比较器及第二共源静态反相比较器的输出端均与AER逻辑模块相连,所述AER逻辑模块还与电容放大器相连,用于为电容放大器提供复位信号。

其中,所述电容放大器包括第一放大器、第一电容、第二放大器、第二电容及开关,所述第一放大器的输入端连接于晶体管MP1的漏极与晶体管MN7的漏极之间的节点,所述第一放大器的输出端通过第一电容与第二放大器的输入端相连,所述第一电容与第二放大器的输入端之间的节点通过第二电容后与第二放大器的输出端相连,所述第一电容与第二放大器的输入端之间的节点还通过开关与第二放大器的输出端相连,所述开关的控制端与AER逻辑模块相连。

其中,所述第一电源为3.3V电源,所述第二电源为1.8V电源。

其中,所述晶体管MN1-MN7均为N沟道场效应晶体管。

其中,所述晶体管MP1为P沟道场效应管。

本发明所述的动态有源像素视觉传感器的光电流来自N沟晶体管MN6,其栅极由反馈驱动,所述晶体管MN6和MN7均使用高阈值厚栅极晶体管,由于本发明所述的动态有源像素视觉传感器中,所述有源像素传感器部分仅由N沟道晶体管组成,且不具有3.3V的N阱层结构,因此在动态视觉传感器中仅使用1.8V的N阱层结构设计规则即可实现紧凑设计。

附图说明

图1是本发明一种动态有源像素视觉传感器的较佳实施方式的电路图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1所示,其为本发明所述的一种动态有源像素视觉传感器的较佳实施方式的电路图。所述动态有源像素视觉传感器的较佳实施方式包括相连接的有源像素传感器、动态视觉传感器及晶体管MN5。所述有源像素传感器包括晶体管MN1-MN4,所述动态视觉传感器包括晶体管MN6、MN7、MP1、电容放大器、第一及第二共源-反相-静态比较器、AER逻辑模块,其中晶体管MN1-MN7均为N沟道场效应管,所述晶体管MP1为P沟道场效应管。

所述晶体管MN1的栅极与列复位信号CR相连,漏极与3.3V电源相连,源极与晶体管MN3的源极相连,所述晶体管MN3的栅极与开关信号TX相连,漏极与晶体管MN2的栅极相连,所述晶体管MN2的漏极与3.3V电源相连,源极与晶体管MN4的漏极相连,所述晶体管MN4的栅极与选择列读出信号CS相连,所述晶体管MN4的源极与模拟输出信号AO相连。所述晶体管MN3的漏极与晶体管MN2的栅极之间的节点还通过栅极电容Caps后接地。

所述晶体管MN1的源极与晶体管MN3的源极之间的节点与晶体管MN5的漏极相连,所述晶体管MN5的栅极与第一偏置电压Bias1相连,源极与晶体管MN6的漏极相连,所述晶体管MN6的源极与光电二极管PD的阴极相连,所述光电二极管PD的阳极接地。所述光电二极管PD的阴极还直接与晶体管MN7的栅极相连,所述晶体管MN7的源极接地,漏极与晶体管MN6的栅极相连,还直接与晶体管MP1的漏极相连,所述晶体管MP1的源极与1.8V电源相连,栅极与第二偏置电压Bias2相连。

所述晶体管MP1的漏极与晶体管MN7的漏极之间的节点通过电容放大器后与第一共源-反相-静态比较器及第二共源-反相-静态比较器相连,所述第一共源-反相-静态比较器及第二共源-反相-静态比较器的输出端均与AER逻辑模块相连,所述AER逻辑模块还与电容放大器相连,用于为电容放大器提供复位信号reset。

本实施方式中,所述电容放大器包括第一放大器、电容C1、第二放大器、电容C2及开关S1。所述第一放大器的输入端连接于晶体管MP1的漏极与晶体管MN7的漏极之间的节点,所述第一放大器的输出端通过电容C1与第二放大器的输入端相连,所述电容C1与第二放大器的输入端之间的节点通过电容C2后与第二放大器的输出端相连,所述电容C1与第二放大器的输入端之间的节点还通过开关S1与第二放大器的输出端相连,所述开关S1的控制端与AER逻辑模块相连。

下面将对所述动态有源像素视觉传感器的工作原理进行说明:所述晶体管MN6、MN7及MP1用于将光电二极管PD保持虚拟接地,且所述晶体管MN1、MN2、MN3及MN4可以读出晶体管MN6的漏极处的光电流强度。所述晶体管MN5用于保护晶体管MN6的漏极免受电压Vdr的大复位瞬变影响。

本实施方式所述的电路中,所述有源像素传感器的信号集成在寄生栅极电容Caps上。为了防止饱和像素在积分期间影响动态视觉传感器通路,将列复位信号CR设置为约1.5V的中间溢流而不是接地,以保护电压电平Vov,进而起到确保晶体管MN5始终保持饱和状态。

所述动态视觉传感器中,光电流由晶体管MN6的栅极处的感光器输出电压Vpr来进行连续对数编码。所述晶体管MN6的源极将感光器输出电压Vpr与电容放大器进行隔离,所述电容放大器的作用为放大上一次复位电平的增益变化,增益为-20dB。通过静态负载晶体管栅极上具有不同偏置电压的两个共源反相静态比较器,将这种放大的变化与ON和OFF阈值进行比较,只要超过一个阈值,一个事件就会传送到外围设备(其中ON为增强强度,OFF为减弱强度),同时电容放大器由所述AER逻辑模块产生的脉冲复位。此次重置存储新的照度级别,每个输出事件编码一个自上次事件以来对数强度的固定变化量。

本发明提出的动态有源像素视觉传感器采用对数互阻光感受器电路,其中光电流来自N沟道晶体管MN6,其栅极由反馈驱动,可称为N沟道晶体管感光器。所述晶体管MN6和MN7均使用高阈值厚栅极晶体管。测试像素的测量结果显示,即使在黑暗中,输出电压Vpr仍然足够高以确保晶体管MN7的饱和。由于本发明所述的动态有源像素视觉传感器中,所述有源像素传感器部分仅由N沟道晶体管组成,且不具有3.3V的N阱层(Nwell)结构,因此在动态视觉传感器中仅使用1.8V的N阱层结构设计规则即可实现紧凑设计。

以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理在本发明的专利保护范围之内。

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