基于空间应用的cmos图像传感器抗闩锁系统的制作方法
【专利摘要】基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，涉及一种CMOS图像传感器抗闩锁系统，解决现有空间应用中的CMOS图像传感器易出现闩锁，导致器件功能失效甚至烧毁的问题，包括外部输入电源、处理部分和焦面部分，外部输入电源同时向处理部分和焦面部分供电；处理部分包括控制器、电流检测模块、比较器、控制器内核供电模块、控制器IO供电模块、控制器外围电路供电模块、电平转换芯片组和差分接口芯片组；焦面部分包括n组保护电阻、n组电压变换芯片和参考源电路；外部输入电源输出电压稳定后各部分分时上电，降低DC/DC模块供电系统的浪涌电流；控制器先内核后IO最后外围部分，避免各部分同时上电而出现输出电压在上升过程中下降，保证控制器上电稳定可靠。
【专利说明】
基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种CMOS图像传感器抗闩锁系统，具体涉及一种基于空间应用的CMOS 图像传感器抗闩锁系统。
【背景技术】
[0002] 目前，CMOS图像传感器和CCD图像传感器相比，具有不需要外部驱动、模数转换电 路，体积小功耗低等优点，但其在空间环境应用中易出现闩锁，导致器件功能失效甚至烧 毁。低压差电源芯片如MAX883具备限流保护功能，在压差大于0.7V输出电压大于0.8V的情 况下最大输出电流为430mA;在输出电压低于0.8V的情况下最大输出电流为170mA。但器件 在160°C下的热保护功能，利用晶体管的PN结的导通电压随温度升高而降低的原理，只能应 对瞬间的热冲击，在整体结温过高的情况下是不起作用的。因此CMOS在出现严重闩锁（电源 与地之间近似短路）的情况下，MAX883的温升迅速增加，若不采取相应的措施，在lmin就存 在烧毁风险。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决现有空间应用中的CMOS图像传感器易出现闩锁，导致器件功能失效 甚至烧毁的问题，提供一种基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统。
[0004] 基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，包括外部输入电源、处理部分和焦 面部分，所述外部输入电源同时向处理部分和焦面部分供电；其特征是，所述处理部分包括 控制器、电流检测模块、比较器、控制器内核供电模块、控制器10供电模块、控制器外围电路 供电模块、电平转换芯片组和差分接口芯片组;焦面部分包括n组保护电阻、n组电压变换芯 片和参考源电路；
[0005] 所述控制器内核供电模块和控制器10供电模块分别对控制器的内核和控制器10 口进行供电，所述控制器外围电路供电模块对比较器、电平转换芯片组和差分接口芯片组 供电;所述电流检测模块与比较器相连，比较器与控制器连接，所述控制器同时与电平转换 芯片组、差分接口芯片组和n组电压变换芯片连接；
[0006] 所述电流检测模块通过n组保护电阻与n组电压变换芯片连接，所述n-1组电压变 换芯片分别与CMOS图像传感器连接，第n组电压变换芯片通过参考源电路与所述CMOS图像 传感器连接;所述CMOS图像传感器与电平转换芯片组和差分接口芯片组连接；
[0007] 所述外部输入电源依次对控制器内核供电模块、控制器10供电模块以及控制器外 围电路供电模块上电，待所述控制器外围电路供电模块输出的电压稳定后，所述n组电压变 换芯片使能端输出电压，待所述n组电压变换芯片输出的电压达到额定电压后，所述电平转 换芯片组和差分接口芯片组由高阻状态切换到使能输出状态;并分别产生信号控制CMOS图 像传感器工作；
[0008] 所述电源检测模块实时检测焦面部分上输出的电流值I输出与所述电流值I呈线 性关系的电压值KI到比较器，所述比较器将所述电源检测模块检测的电压值KI与比较器内 的阈值电压vth比较，并将比较结果传送至控制器；
[0009] 所述控制器如果接收到高电平，且在控制器的三个主时钟周期都为高电平，则认 定出现了闩锁;如果接收到低电平，则未出现闩锁。
[0010] 本发明的有益效果:本发明提供基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，快 速对闩锁现象进行检测，切断电源或者将供电电压降低到不足以维持寄生电路的再生和闩 锁状态，将CMOS图像传感器和相关电路保护起来。存在以上优点：
[0011] 1、本发明所述的外部输入电源采用DC/DC模块，在DC/DC模块输出电压稳定后各部 分分时上电，可降低DC/DC模块供电系统的浪涌电流;控制器先内核后10最后外围部分，避 免各部分同时上电而出现输出电压在上升过程中下降，保证控制器上电过程稳定可靠；上 电过程中控制器10先于外围部分上电，避免上电过程中出现10潜通，从而降低控制器出现 闩锁的几率;在CMOS图像传感器的供电电压达到电压后，电平转换芯片组和差分接口芯片 组的输入和输出端口方由高阻态切换为使能输入输出状态，避免上电过程中出现潜通， CMOS图像传感器出现损坏；
[0012] 2、本发明通过对CMOS闩锁过程的快速检测与保护，保证CMOS图像传感器航天应用 的可靠性和安全性，确保航天应用的成功。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统的结构框图； [0014]图2为外部输入电源DC/DC模块的上电流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0015] 一、结合图1和图2说明本实施方式，基于空间应用的CMOS图像传感 器抗闩锁系统，该系统能够快速对闩锁现象进行检测，切断电源或者将供电电压降低到不 足以维持寄生电路的再生和闩锁状态。
[0016] 具体由外部输入电源、处理部分和焦面部分组成。处理部分主要由控制器、电流检 测模块、比较器、控制器内核供电模块、控制器10供电模块、控制器外围电路供电模块、电平 转换芯片组和差分接口芯片组组成;控制器内核供电模块和控制器10供电模块分别对控制 器的内核和10进行供电，控制器外围电路供电模块对比较器、电平转换芯片组和差分接口 芯片组供电；
[0017] 焦面部分包括n组保护电阻、n组电压变换芯片、参考源电路和CMOS图像传感器；
[0018] 所述外部输入电源采用DC/DC模块，本实施方式中提出了基于DC/DC模块供电的稳 定可靠的FPGA上电控制系统，控制器内核供电模块、控制器10供电模块和控制器外围电路 供电模块非同时上电，而且在DC/DC模块的输出电压上升过程中均不使能输出。DC/DC模块 的输出电压达到额定电压后，其上电顺序是控制器内核供电模块上电，待内核供电模块输 出电压稳定后控制器10供电模块开始上电，待控制器10供电模块输出电压稳定后控制器外 围电路供电模块开始上电，待控制器外围电路模块供电输出电压稳定后焦面部分电压变换 芯片使能输出，待焦面部分电压变换芯片输出电压达到额定电压后，电平转换芯片组和差 分接口芯片组由高阻态切换到使能输出，产生CMOS图像传感器相关工作时序。
[0019] 本实施方式中，在外部输入电源送入焦面部分前，串入了阻值为毫欧级的电流检 测模块，可实时检测焦面部分上输出电源的电流值I，输出与电流呈线性关系的电压值KI; 输出的电压值KI与阈值电压Vth在比较器内比较，输出的高电平代表出现了 R锁，输出的低 电平代表未出现闩锁。
[0020] 本实施方式所述的电平转换芯片组和差分接口芯片组内芯片均有EN使能管脚，当 EN有效时允许输入或输出信号，当EN信号无效时其10端口呈现高阻状态。所述n组电压变换 芯片均含有OFF使能管脚，当OFF有效时不输出电压，当OFF无效时正常输出电压;其中前n-1 组电压变换芯片直接为CMOS图像传感器供电，第n组电压变换芯片为参考源电路供电，所述 参考源电路向CMOS图像传感器提供基准电压。
[0021] 本实施方式中，所述外部输入电源采用DC/DC模块，同时向处理部分和焦面部分供 电，在电压变换芯片输入端串入保护电阻，当CMOS图像传感器出现闩锁时可限制闩锁电流， 更重要的目的是降低电压变换的压降，延缓烧毁的时间。
[0022]所述处理部分的控制器接收比较器输出的电平值，若控制器内连续三个主时钟周 期判定出现闩锁，则
[0023] -、把与CMOS图像传感器相连的电平转换芯片组的使能端EN设置为让所有的电平 转换芯片为高阻状态，，避免单端信号端存在潜通；
[0024] 二、把与CMOS图像传感器相连的差分接口芯片组的使能端EN设置为让所有的差分 芯片为高阻状态，避免差分端存在潜通；
[0025]三、把CMOS图像传感器的所有供电芯片如MAX883的使能端OFF置低，使所有供电芯 片不输出电压，将供电芯片保护起来，避免烧毁风险。CMOS图像传感器已经解除闩锁状态， 可以对焦面部分重新加电运行。
[0026] 四、对焦面部分重新加电运行，若对焦面部分重新加电运行无效，则切断外部输入 电源。
[0027] 本实施方式中，所述保护电阻阻值的选择原则
式中VIN为 外部输入电源电压，VQUTl为第i(l<i<n)组额定输出电压，为第i组电压变换芯片 在峰值工作电流Ipixi时的压差;功耗选择原则Pi >9I2pixiRi。 n n
[0028] 本实施方式中，阈值电压Vth的选择原则是4 +、、,_)，式中 /-I 组电压变换的峰值电流之和；Ipixmin为CMOS图像传感器10供电电源和差分输入输出供电电 源电流中的最小值。
[0029] 本实施方式中，控制器采用Xilinx公司的器件XC6VLX240T-2FFG1156C;所述的 CMOS图像传感器采用CM0SIS公司的全局快门的CMV300;电压变换芯片采用MAX883芯片，其 它供电模块采用MSK公司的电源芯片；电平转换芯片组采用多片SN74AVC20T245ZQLR;差分 接口芯片组采用LVDS31和LVDS32;电流检测模块采用美信公司的专用电流检测芯片；比较 器采用LM339;参考电源电路主要由AD584组成。
【主权项】
1. 基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，包括外部输入电源、处理部分和焦面 部分，所述外部输入电源同时向处理部分和焦面部分供电；其特征是，所述处理部分包括控 制器、电流检测模块、比较器、控制器内核供电模块、控制器10供电模块、控制器外围电路供 电模块、电平转换芯片组和差分接口芯片组;焦面部分包括η组保护电阻、η组电压变换芯片 和参考源电路； 所述控制器内核供电模块和控制器10供电模块分别对控制器的内核和控制器10 口进 行供电，所述控制器外围电路供电模块对比较器、电平转换芯片组和差分接口芯片组供电； 所述电流检测模块与比较器相连，比较器与控制器连接，所述控制器同时与电平转换 芯片组、差分接口芯片组和η组电压变换芯片连接， 所述电流检测模块通过η组保护电阻与η组电压变换芯片连接，所述η-1组电压变换芯 片分别与CMOS图像传感器连接，第η组电压变换芯片通过参考源电路与所述CMOS图像传感 器连接;所述CMOS图像传感器与电平转换芯片组和差分接口芯片组连接； 所述外部输入电源依次对控制器内核供电模块、控制器10供电模块以及控制器外围电 路供电模块上电，待所述控制器外围电路供电模块输出的电压稳定后，所述η组电压变换芯 片使能端输出电压，待所述η组电压变换芯片输出的电压达到额定电压后，所述电平转换芯 片组和差分接口芯片组由高阻状态切换到使能输出状态;并分别产生信号控制CMOS图像传 感器工作； 所述电源检测模块实时检测焦面部分上输出的电流值I输出与所述电流值I呈线性关 系的电压值KI到比较器，所述比较器将所述电源检测模块检测的电压值KI与比较器内的阈 值电压Vth比较，并将比较结果传送至控制器； 所述控制器如果接收到高电平，且在控制器的三个主时钟周期都为高电平，则认定出 现了闩锁;如果接收到低电平，则未出现闩锁。2. 根据权利要求1所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，其特征在于，所 述电平转换芯片组和差分接口芯片组内芯片均设置有EN使能管脚，当EN信号有效时允许输 入或输出信号，当EN信号无效时，所述电平转换芯片组和差分接口芯片组的10端口呈现高 阻状态； 所述η组电压变换芯片均含有OFF使能管脚，当OFF有效时不输出电压，当OFF无效时正 常输出电压;所述η-1组电压变换芯片直接为CMOS图像传感器供电，第η组电压变换芯片为 参考源电路供电，所述参考源电路向CMOS图像传感器提供基准电压。3. 根据权利要求1或2所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，其特征在 于，所述控制器判定出现闩锁后，所述控制器将电平转换芯片组的使能端EN均设置为高阻 状态，将差分接口芯片组的使能端EN设置为高阻状态，将η组电压变换芯片使能端OFF置低， 使η组电压变换芯片不输出电压;控制器对焦面部分重新加电运行，若对焦面部分重新加电 运行无效，则切断外部输入电源。4. 根据权利要求3所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，其特征在于，所 述外部输入电源为DC/DC模块。5. 根据权利要求1所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，其特征在于，所 述的保护电阻阻值的选择原则为式中VIN为外部输入电源的电压，VQUTl为第i组保护电阻额定输出电压，Vdrcmpcmti为第i组 电压变换芯片在峰值工作电流IPixi时的压差;保护电阻功耗选择原则Pi>9I2pixiRi;所述i的 范围为:l<i<n。6.根据权利要求1所述的基于空间应用的CMOS图像传感器抗闩锁系统，其特征在于，所 述阈值电压Vth的选择原则为： η 式中Σ&?.为η组电压变换芯片的峰值电流之和；Ipixmin为CMOS图像传感器10供电电源 /=1 和差分输入输出供电电源电流中的最小值。
【文档编号】H01L27/146GK105957873SQ201610389103
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】余达, 刘金国, 郭永飞, 司国良, 宁永慧, 马天波, 王灵杰
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所