用于動態(tài)視覺傳感器中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于動態(tài)視覺傳感器中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路，其使用至少一個光電二極管和至少兩個串聯(lián)晶體管，晶體管中的每一個被以二極管配置的方式連接并被設(shè)置在光電二極管的輸出端處。來自光電二極管的輸出電流流過晶體管的漏極-源極溝道，并且最后一個串聯(lián)晶體管的源極被連接到選自接地電壓、恒定電壓或受控電壓的電壓。
【專利說明】用于動態(tài)視覺傳感器中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]如在本描述性說明書中所表述的，本發(fā)明涉及通過以二極管方式連接的晶體管的、用于動態(tài)視覺傳感器(DVS)中的時間微分光感測系統(tǒng)(temporally differentiatingphoto-sensing systems)的低失配和低功耗互阻抗增益電路(transimpedance gaincircuit)。
[0002]本發(fā)明落入電子電路領(lǐng)域，尤其是落入低功耗面積減小的模擬集成電路領(lǐng)域。該電路具體而言關(guān)于電壓電流前置放大器或者換言之互阻抗的種類。
【背景技術(shù)】
[0003]動態(tài)視覺傳感器(DVS)是攝像機種類的新型集成電路，盡管其具體地并不是這樣的。在商用攝像機中，設(shè)備一個黑影照片(Photogram)接連一個黑影照片地進行記錄。在DVS中，不存在黑影照片。與攝像機類似，該集成電路包含光傳感器矩陣。在攝像機中，用固定頻率對每個光傳感器進行采樣。然而，在DVS中，不對像素進行采樣。每個像素計算其感測的光的時間導(dǎo)數(shù)(time derivative),并且當(dāng)其超過某個水平(閾值)時,像素向外發(fā)射“事件”。該事件通常包括二維光傳感器矩陣內(nèi)的像素的U，y)坐標。以這樣的方式，DVS的輸出包括對其感測的強度的變化進行檢測的各個像素的(X，y)坐標流。此類DVS傳感器由 Lichtsteiner、Delbruck 和 Posch 在 2006 年首次報導(dǎo)(在 Visuals Supplementto ISSCC Dig.0f Tech.Papers, San Fransisco, 2006, vol., pp 508-509 (27.9)中的 “A 128X128 120dB 3Omff Asynchronous Vision Sensor that Responds to RelativeIntensity Change”)，并且隨后由 P.Lichtsteiner、C.Posch 和 T.Delbruck 更詳細報導(dǎo)(“A 128X128 120dB 15M-S Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor”，IEEE J.Solid-State Circuits, vol.43，N0.2，pp.566-576，2008 年 2 月)。
[0004]最近，Posch已報導(dǎo)了新的模型(prototype) (C.Posch、D.Matolin 和 R.ffohlgenannt, “A QGVA 143dB dynamic range asynchronous address-event PffMdynamic image sensor with lossless pixel level video-compress ionSolid-StateCircuits, 2010 IEEE International Conference ISSCC, Dig of Tech Paper, pp.400-401， 2010 年 2 月)。
[0005]然而，在這些DVS傳感器中，由光傳感器感測的光電流首先通過對數(shù)變換被轉(zhuǎn)換成電壓。該電壓首先被放大，并且隨后計算其時間導(dǎo)數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)是該首次放大中的電壓增益。放大率越大，傳感器將對“時間對比度(Temporal Contrast)”越靈敏。問題在于該放大應(yīng)在矩陣的每個像素內(nèi)被執(zhí)行，并且應(yīng)由在微芯片中消耗很少功率和很小面積的電路來執(zhí)行。此外，重要的是其由從一個像素至另一像素未經(jīng)歷增益值的太多離散(dispersion)的電路來執(zhí)行，假定情況相反，則相互比較起來，其將向各像素的行為中引入很多變化，由此降低傳感器的總靈敏度。到目前為止報導(dǎo)的DVS采用基于具有電容器的電路的電壓放大級。在集成模擬電路中，聚光器(condensor )具有相互之間的低離散，并且因此非常適合于執(zhí)行電壓放大級。然而，在DVS中，期望獲得約20至100 (或以上)的電壓增益。在用聚光器這樣做時，需要至少兩個聚光器，其比值(value proportion)等于期望增益的比值。假定聚光器的面積與其值成比例，這意味著聚光器中的一個的面積應(yīng)是另一個的面積的20與100倍之間。最終結(jié)果是在聚光器中消耗像素的面積的一大部分。
[0006]可能的備選可以是通過兩個連續(xù)級來獲得電壓增益，假定每個級的增益相乘。然而，在兩個連續(xù)級之間要求的同步也使得其時間太長，因此顯著降低了 DVS的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了達到以上所闡述的目的并避免限制，本發(fā)明包括通過以二極管方式連接的晶體管的用于動態(tài)視覺傳感器(DVS)中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路。
[0008]因此，本發(fā)明涉及用于動態(tài)視覺傳感器(DVS)中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路，其采用至少一個光電二極管，該系統(tǒng)的特征在于其包括至少兩個串聯(lián)晶體管，晶體管中的每一個被以二極管配置的方式連接并被設(shè)置在光電二極管的輸出端處，光電二極管的輸出電流流過晶體管的漏極-源極溝道，并且最后一個串聯(lián)晶體管的源極被連接到選自接地電壓、恒定電壓和受控電壓的電壓。因此，利用動態(tài)視覺傳感器的照相機，也被稱為DVS照相機，的像素需要至少一個光傳感器以產(chǎn)生到互阻抗電路的輸入電流。然而，如果在另一情景下使用所述電路，則輸入電流可來自并非光電二極管的另一電路或元件。事實上，例如，當(dāng)以級聯(lián)方式使用這些級中的數(shù)個時，只有第一個從光電二極管接收電流；其余的從晶體管接收電流。
[0009]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，至少兩個晶體管具有指數(shù)形式的電壓-電流特性。
[0010]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，晶體管是FET (場效應(yīng)晶體管)種類的，被極化為弱反型。
[0011]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，電路包括多個用于控制在光電二極管中產(chǎn)生的電流的極性的器件，用于控制極性的器件被設(shè)置在光電二極管與該至少兩個晶體管之間。用于控制極性的這些器件是可選的，并通過獲得更快的電路響應(yīng)而提高電路的輸出。
[0012]在本發(fā)明的附加實施例中，用于控制極性的器件包括電流復(fù)制和反相器件。
[0013]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，用于控制極性的器件包括電流放大器件。
[0014]在本發(fā)明的又一附加另一實施例中，用于控制極性的器件是與光電二極管串聯(lián)的電流鏡，用于控制極性的器件的輸出電流組成流過至少兩個晶體管的漏極-源極溝道的電流。
[0015]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，電路包括用于自動控制在電流鏡與至少兩個晶體管之間的電流鏡的增益的電路。
[0016]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，電流包括輸出電壓相比由光電二極管產(chǎn)生的電流之間具有對數(shù)相關(guān)性。
[0017]另外，本發(fā)明考慮使用用于在DVS中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路，以便通過將所述互阻抗增益電路設(shè)置為在互阻抗電路之前的級來產(chǎn)生電壓放大級。
[0018]本發(fā)明還包括使用用于在DVS中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路，以通過將互阻抗增益電路設(shè)置為在互阻抗電路之后的級來產(chǎn)生電壓放大級。
[0019]此外，本發(fā)明還包括將用于DVS中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路用作在信號分支電路之前的級，以便向輸出端發(fā)送信號，其消除互阻抗增益電路的輸出信號的連續(xù)電壓，由此減少所有像素之間的離散。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的實施例的示例，包括單個級。
[0021]圖2是本發(fā)明的實施例的示例，其中電路由兩個級組成。
[0022]圖3是電路中的實施例的示例，其中電路包括具有兩個級、其中的每一個具有等于“3”的增益。
【具體實施方式】
[0023]下面是本發(fā)明的各種特定實施例的例示性和非限制性描述，對在附圖中所采用的編號進行參考。
[0024]在本發(fā)明中，通過對數(shù)變換將光電流轉(zhuǎn)換成電壓的電路來隱含地執(zhí)行在相同微芯片內(nèi)的各像素之間具有低離散增益的電壓放大。
[0025]因此，圖1示出作為本發(fā)明的目的的電路的最基本實施例。所述特定實施例包括產(chǎn)生光電流的光電二極管(1)，該光電流通過具有增益A的電流鏡(2)被放大。經(jīng)放大的電流通向一連串的 #個晶體管(3，4和5)，#是自然數(shù)，這些晶體管都使其柵極連接到其漏極，這被稱為以二極管配置方式的連接。請注意，圖1示出3個晶體管，其實際上可以是任何數(shù)目Ar個晶體管。
[0026]在利用NMOS FET晶體管的實施例的情況下，在被極化(polarised)為弱反型(weak inversion)的每個晶體管(3,4和5)中形成的電壓差是近似相同且等于:
【權(quán)利要求】
1.用于動態(tài)視覺傳感器中的時間微分光感測系統(tǒng)的低失配和低功耗互阻抗增益電路，其采用至少一個光電二極管，其中，該系統(tǒng)包括至少兩個串聯(lián)晶體管，所述晶體管中的每一個被以二極管配置的方式連接并被設(shè)置在所述光電二極管的輸出端處，所述光電二極管的輸出電流流過晶體管的漏極-源極溝道，并且最后一個串聯(lián)晶體管的源極被連接到在接地電壓、恒定電壓與受控電壓之間選擇的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互阻抗增益電路，其中，所述至少兩個晶體管具有指數(shù)型電流-電壓特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互阻抗增益電路，其中，所述晶體管是FET晶體管并且其被極化為弱反型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互阻抗增益電路，其中，其包括用于控制在光電二極管中產(chǎn)生的電流的極性的器件，該用于控制極性的器件被設(shè)置在所述至少一個光電二極管與所述至少兩個晶體管之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互阻抗增益電路，其中，用于控制極性的器件包括電流復(fù)制和反相器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的互阻抗增益電路，其中，用于控制極性的器件包括電流放大器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的互阻抗增益電路，其中，用于控制極性的器件是與光電二極管串聯(lián)的電流鏡，該用于控制極性的器件的輸出電流是流過所述至少兩個晶體管的漏極-源極溝道的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的互阻抗增益電路，其中，其包括用于自動控制置于所述電流鏡與所述至少兩個晶體管之間的電流鏡的增益的電路。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的互阻抗增益電路，其中，其包括在輸出電壓對比由光電二極管產(chǎn)生的電流之間具有對數(shù)相關(guān)性。
10.將根據(jù)權(quán)利要求1至9所限定的互阻抗增益電路用于通過將所述互阻抗增益電路設(shè)置為在跨導(dǎo)電路之前的級來產(chǎn)生電流放大級。
11.將根據(jù)權(quán)利要求1至9所限定的互阻抗增益電路用于通過將所述互阻抗增益電路設(shè)置為在跨導(dǎo)電路之后的級來產(chǎn)生電壓放大級。
12.將根據(jù)權(quán)利要求1至9所限定的互阻抗增益電路用于作為在分支電路之前的級以在輸出端處獲得信號，其消除所述互阻抗增益電路的輸出信號的連續(xù)電壓，由此減少像素之間的離散。
【文檔編號】H03F3/08GK103875180SQ201280036724
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】T.塞拉諾戈塔雷多納, B.里納雷斯巴蘭科 申請人:康斯喬最高科學(xué)研究公司