一种图像传感器自检系统、方法及CMOS图像传感器与流程

本发明涉及cmos图像传感器，具体涉及一种图像传感器自检系统、方法及cmos图像传感器。

背景技术：

1、随着汽车的自动驾驶(adas)级别从l2升级到l2+和l3，并逐步向全自动驾驶l4和l5前进，车辆将增加如自动紧急制动、车道保持辅助、交通标志识别、环绕视图、疲劳监测等新功能，而新功能的引用则要求车载cmos图像传感器必须有较高的安全特性，要满足国际标准化组织iso26262车辆功能安全标准。

2、iso26262规定了车载电子元器件功能安全的四个层次，分别使用asil-a/b/c/d来标识，其中asil-a最低，而asil-d要求最高，asil-a/b/c/d的区别在于对功能失效的处理和诊断覆盖率的指标。而cmos图像传感器作为车辆辅助驾驶或自动驾驶核心元器件之一，通常需要达到asil-b以上的安全等级。

3、这意味着不仅要保证图像传感器芯片中每个模块能正常动作，还要确保芯片中的两个模块间的传输路径，也需要被检测是否发生故障，否则传出错误的数据可能会导致自动驾驶发出错误指令，导致车辆驾驶出现危险。

4、现有技术如公开号为cn112165586a，专利名称为“adc功能安全校验装置和方法、cmos图像传器、参考像素单元”，公开了自检信号发生单元通过随机数生成算法输出adc自检数字信号给dac单元以及判断单元；dac单元基于adc自检数字信号输出模拟信号，并输出模拟信号给参考像素单元；参考像素单元基于模拟信号输出对应的电压信号，电压信号传输至列级adc中，列级adc输出待检数字信号给判断单元；判断单元基于adc自检数字信号和待检数字信号判断列级adc是否发生故障。

5、然而，上述现有技术只能按列来检测像素模块是否发生故障，具体通过列级adc输出待检数字信号给判定单元，并不能检测出两个模块间的传输路径是否有故障；尤其无法检测出计数器到数字模块的传输路径是否有故障，以及无法检测像素模块和像素扫描模块之间的连接有无故障的问题，检测效率低，影响芯片安全性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有技术只能按列来检测像素模块是否发生故障，具体通过列级adc输出待检数字信号给判定单元，并不能检测出两个模块间的传输路径是否有故障；尤其无法检测出计数器到数字模块的传输路径是否有故障，以及无法检测像素模块和像素扫描模块之间的连接有无故障的问题，检测效率低，影响芯片安全性。

2、本发明目的在于提供一种图像传感器自检系统、方法及cmos图像传感器，本发明不用经过模数转换器adc，且行检测、列检测可以同时进行，扩大了检测范围，检测效率高，增强了芯片安全性。其中，列检测时直接从计数器输出端的锁存器输出到数字模块的第一自动判定单元，不用经过模数转换器adc，结构更简单，并且相比于现有技术的随机测试信号，本方案能检测到所有列column的传输线是否有故障。行检测时只需要增加一个电压生成模块和第二自动判定单元(即窗口比较器模块)，同样不用经过模数转换器adc，能实时反馈出像素管的增益到窗口比较器ul端，自动将像素管的压降反映到窗口比较器中，不需要人为干预。

3、本发明通过下述技术方案实现：

4、第一方面，本发明提供了一种图像传感器自检系统，该自检系统应用于cmos图像传感器，该自检系统包括能够对cmos图像传感器同时进行自检的列检测装置和行检测装置；

5、列检测装置，用于通过晶振产生一个时钟信号，并对时钟信号进行反向处理，得到一组方波信号作为测试值；测试值经过计数器输出端输出至第一自动判定单元；及由第一自动判定单元根据测试值和期待值，判断计数器到数字模块之间的传输路径是否存在故障；

6、行检测装置，用于通过测试电压生成单元生成第一测试电压vl和第一基准电压uh，通过像素扫描模块提供的控制信号tx、rx、sx控制某行像素管打开，并输出该行像素对应的电压值vr至第二自动判定单元；电压值vr能实时自动反馈出像素管的压降；及由第二自动判定单元根据电压值vr与基准电压进行比较，通过输出的高低电平判断每行像素连接是否存在故障，即实现检测像素扫描模块到像素模块之间的连接是否存在故障。

7、进一步地，列检测装置包括反相器、选择器和第一自动判定单元，反相器和选择器设于计数器内，第一自动判定单元设于数字模块内；

8、反相器，用于对晶振产生一个时钟信号进行反向处理，得到一组方波信号作为测试值；

9、选择器，用于选择输出信号为正常模式的数据信号或者测试模式的测试值，并通过控制信号控制锁存器对测试值进行锁存；

10、第一自动判定单元，用于接收所述测试值，并根据测试值和期待值，判断二者是否一致；若测试值和期待值一致，则计数器到数字模块之间的传输路径不存在故障；若测试值和期待值不一致，则计数器到数字模块之间的传输路径存在故障，并发出报警通知。

11、进一步地，期待值是根据计数器输出端的bit数进行提前设置，因为输出的是方波信号，所以期待值包括1365和2730。

12、进一步地，行检测装置包括行检测像素模块、基准电压生成模块、测试电压生成单元和第二自动判定单元，行检测像素模块和基准电压生成模块设于像素模块内，测试电压生成单元和第二自动判定单元设于负载模块内；

13、测试电压生成单元，用于产生多种电压，通过选择信号输出第一测试电压vl至行检测像素模块，并输出第一基准电压uh至第二自动判定单元；

14、行检测像素模块，用于接收像素扫描模块的控制信号tx、rx、sx及测试电压生成单元的第一测试电压vl，控制某行像素管打开、其他行像素管关闭，并输出打开的该行像素对应的电压值vr至第二自动判定单元；

15、基准电压生成模块，用于生成第二基准电压ul，且将第二基准电压ul输出连接至第二自动判定单元，能实时反馈出像素管的增益；

16、第二自动判定单元，用于根据电压值vr、第一基准电压uh和第二基准电压ul进行比较，通过输出的高低电平判断每行像素连接是否存在故障。

17、进一步地，行检测像素模块包括若干像素管，若干像素管共用一条输出线，且同时只有一个像素管输出；

18、若干像素管共用的一条输出线连接第二自动判定单元。

19、进一步地，第二自动判定单元采用窗口比较器，包括第一比较器a1、第二比较器a2、第一二极管d1和第二二极管d2；

20、第一比较器a1的正向输入端输入电压值vr，第一比较器a1的负向输入端输入第一基准电压uh，第一比较器a1的输出端连接第一二极管d1的输入端；

21、第二比较器a2的正向输入端输入第二基准电压ul，第二比较器a2的负向输入端输入电压值vr，第二比较器a2的输出端连接第二二极管d2的输入端；

22、第一二极管d1的输出端和第二二极管d2的输出端连接，作为总输出电压uo。

23、进一步地，第二自动判定单元的执行逻辑为：

24、当vr<ul<uh时，第一比较器a1的输出电压u1<0、第一二极管d1截止；第二比较器a2的输出电压u2>0，第二二极管d2导通，总输出电压uo为高电平；

25、当vr>uh>ul时，第一比较器a1的输出电压u1>0、第一二极管d1导通；第二比较器a2的输出电压u2<0，第二二极管d2截止，总输出电压uo为高电平；

26、当ul<vr<uh时，第一比较器a1的输出电压u1<0且第二比较器a2的输出电压u2<0，第一二极管d1、第二二极管d2均截止总，总输出电压uo＝0；

27、当总输出电压uo为高电平，则该行像素连接存在故障；当总输出电压uo为低电平，则该行像素连接不存在故障。

28、以上技术方案，由此可以根据输入电压值vr和对应的第二基准电压ul、第一基准电压uh做比较，只有当输入电压值vr在电压误差范围ul～uh之间时，总输出电压uo才为低电平，否则为高电平，通过输出的高低电平判断是否发生故障。

29、进一步地，基准电压生成模块与行检测像素模块的输入端均输入第一测试电压vl；基准电压生成模块的输出端通过配线电阻连接第二比较器a2的正向输入端。

30、第二方面，本发明又提供了一种图像传感器自检方法，该自检方法能够实现对cmos图像传感器同时进行列检测和行检测；

31、列检测包括：

32、cmos图像传感器芯片上电，且计数器进入测试模式；

33、通过晶振产生一个时钟信号，并对时钟信号进行反向处理，得到一组方波信号作为测试值；

34、测试值经过计数器输出端输出至第一自动判定单元；

35、第一自动判定单元根据测试值和期待值，判断计数器到数字模块之间的传输路径是否存在故障；判断为：若测试值和期待值一致，则计数器到数字模块之间的传输路径不存在故障；若测试值和期待值不一致，则计数器到数字模块之间的传输路径存在故障，并发出报警通知；

36、行检测包括：

37、cmos图像传感器芯片上电，且行检测像素模块进入测试模式；

38、通过测试电压生成单元生成第一测试电压vl和第一基准电压uh，将第一测试电压vl输入至行检测像素模块，将第一基准电压uh输入至第二自动判定单元；

39、像素扫描模块提供的控制信号tx、rx、sx控制某行像素管的打开，并输出该行像素对应的电压值vr至第二自动判定单元；电压值vr能实时自动反馈出像素管的压降；

40、第二自动判定单元根据电压值vr、第一基准电压uh和第二基准电压ul进行比较，通过输出的高低电平判断每行像素连接是否存在故障；判断为：

41、当第二自动判定单元的总输出电压uo为高电平，则该行像素连接存在故障；当第二自动判定单元的总输出电压uo为低电平，则该行像素连接不存在故障。

42、第三方面，本发明又提供了一种车载cmos图像传感器，包括上述一种图像传感器自检系统，还包括像素扫描模块、像素模块、负载模块、比较器模块、计数器模块和数字模块。

43、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

44、1、本发明不用经过模数转换器adc，且行检测、列检测可以同时进行，扩大了检测范围，检测效率高，增强了芯片安全性。其中，列检测时直接从计数器输出端的锁存器输出到数字模块的第一自动判定单元，不用经过模数转换器adc，结构更简单，并且相比于现有技术的随机测试信号，本方案能检测到所有列column的传输线是否有故障。行检测时只需要增加一个电压生成模块和第二自动判定单元(即窗口比较器模块)，同样不用经过模数转换器adc，能实时反馈出像素管的增益到窗口比较器ul端，自动将像素管的压降反映到窗口比较器中，不需要人为干预。

45、2、本发明在车载cmos图像传感器的使用过程中，先对芯片进行自检，当自动判定发现故障时，及时通知后级处理电路，提醒驾驶人员，避免车辆驾驶出现危险，提高了产品安全特性。