專利名稱：圖像傳感器電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器陣列。本發(fā)明尤其具有用于(但不限于)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、特征檢測(cè)和識(shí)別以及對(duì)象跟蹤的數(shù)字像素CMOS圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器將集中在傳感器上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。典型地，圖像傳感器包括光敏元件，每一個(gè)元件產(chǎn)生與入射到該元件上的光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的信號(hào)。該信號(hào)然后被用于例如提供與光學(xué)圖像有關(guān)的信息。
一些圖像傳感器在陣列的每一個(gè)像素中將光敏裝置與信號(hào)處理電路結(jié)合起來(lái)。通常將這些傳感器分為模擬類型或數(shù)字類型。模擬類型通常適合于光的集中，但是在防止噪聲上遠(yuǎn)不夠有力，因而具有較低的精度。數(shù)字類型能有力的防止噪聲并更適于通信。然而，它需要模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器以及執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的能力，諸如加法和乘法，這是很耗費(fèi)區(qū)域的。
在許多用戶應(yīng)用(如數(shù)字照相機(jī)和攝像機(jī))中使用的一種通用的圖像傳感器是電荷耦合器件(CCD)。CCD的一些吸引力來(lái)自于它們?cè)谡斩鹊蜁r(shí)產(chǎn)生圖像并維持其分辨率的能力。然而，包括CCD圖像傳感器的集成電路具有很多缺點(diǎn)，包括相對(duì)低的產(chǎn)率(yield)、相對(duì)高的能耗以及高生成成本，這是由涉及的特殊處理引起的。
對(duì)于CCD圖像傳感器的更廉價(jià)的替代是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，其具有諸如光敏二極管、光敏晶體管或其他適合器件的光敏元件，其中光敏器件的傳導(dǎo)率對(duì)應(yīng)于在該元件上的入射光強(qiáng)度。因而能夠由該光敏元件產(chǎn)生可變模擬信號(hào)。光敏元件可以以二維核心陣列構(gòu)成，該陣列是行和列都可編址的。一旦編址了一行元件，來(lái)自該行的每一個(gè)光敏器件的模擬信號(hào)都耦合至陣列中的各列。然后A/D轉(zhuǎn)換器可以用于將列上的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便在典型地以集成電路構(gòu)成的圖像傳感器的輸出上僅提供數(shù)字信號(hào)。
已轉(zhuǎn)讓給K.K.Toshiba的美國(guó)專利5,012,344公開了一種使用固態(tài)圖像拾取裝置，試圖解決傳統(tǒng)圖像傳感器所遇到的復(fù)雜和昂貴的制造程序和不足的信噪比(SNR)。所公開的圖像傳感器采用與多個(gè)光敏元件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換元件。一個(gè)控制脈沖產(chǎn)生電路控制信號(hào)電荷的集中，其最終導(dǎo)致圖像傳感器的提高的SNR和簡(jiǎn)化的生成。然而，該圖像傳感器仍然存在相對(duì)高的能耗。
在像素級(jí)上引入半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使得能夠以類似于標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的方式局部存儲(chǔ)和訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)。然而，像素級(jí)A/D轉(zhuǎn)換具有伴隨深亞微米處理的操作電壓降低的缺點(diǎn)。這可能直接影響信號(hào)質(zhì)量并因而惡化SNR。另外，如果光敏二極管的面積降低，那么光敏二極管中的信號(hào)能力降低，造成SNR的惡化。
進(jìn)一步講，在像素級(jí)上實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器通常使用非常簡(jiǎn)單和堅(jiān)固的電路并且并行操作。然而，這樣的實(shí)現(xiàn)要求大的像素尺寸，由于過(guò)采樣而具有高的輸出數(shù)據(jù)，具有極低的光性能并由于所要求的模擬分量而具有內(nèi)在固定的模式噪聲。轉(zhuǎn)讓給斯坦福大學(xué)的美國(guó)專利5,461,425中公開了具有像素級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器的CMOS圖像傳感器的例子。在所公開的圖像傳感器中，由光敏晶體管產(chǎn)生的模擬信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成一系列比特流，所述A/D轉(zhuǎn)換器耦合到每一個(gè)光敏晶體管的輸出并在陣列核心內(nèi)每一個(gè)光敏晶體管的最接近(immediate)區(qū)域形成。規(guī)定對(duì)于陣列核心的每一個(gè)像素元件有一個(gè)獨(dú)立的數(shù)字流，試圖最小化寄生效應(yīng)，諸如寄生電容、電阻和電感，大面積像素陣列是易受該效應(yīng)影響的。該傳感器使用σ-δ調(diào)制和奈奎斯特(Nyquist)采樣數(shù)據(jù)率。盡管該傳感器是有用的，仍然需要具有提高的信號(hào)處理特性和由于內(nèi)在的D/A轉(zhuǎn)換而降低信號(hào)惡化效果的二維圖像傳感器，所述D/A轉(zhuǎn)換是這些類型的圖像處理器所需要的。
在本說(shuō)明書(包括權(quán)利要求)中，術(shù)語(yǔ)“包括(comprises)”、“包含(comprising)”或類似術(shù)語(yǔ)表示非排他的包括，以便包括一列元件的方法或裝置不僅包括那些元件，還可以包括未列出的其他元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種以受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟將光轉(zhuǎn)換為具有依賴所述光的強(qiáng)度而變化的信號(hào)電壓的電子信號(hào)；從所述變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖；對(duì)所述脈沖進(jìn)行調(diào)頻以產(chǎn)生脈沖調(diào)頻信號(hào)；以及對(duì)所述脈沖調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行采樣以便以所述受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
優(yōu)選地，所述產(chǎn)生脈沖的步驟可以通過(guò)將所述變化的信號(hào)電壓與參考電壓比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述脈沖具有由所述信號(hào)電壓超過(guò)所述參考電壓而產(chǎn)生的邊緣。
適當(dāng)?shù)?，所述采樣的步驟可以包括提供采樣頻率和具有所述比特率的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)，所述比特率是所述采樣頻率的至少兩倍。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括對(duì)所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的隨機(jī)處理步驟。
適當(dāng)?shù)兀鲭S機(jī)處理步驟可以包括從所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生二進(jìn)制值。
適當(dāng)?shù)?，所述隨機(jī)處理步驟可以包括從所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生二進(jìn)制值，其中，所述二進(jìn)制值的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于在所述采樣速率的整數(shù)倍上提供的所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
適當(dāng)?shù)?，所述隨機(jī)處理步驟可以通過(guò)二進(jìn)制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，該方法可以通過(guò)圖像傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像傳感器陣列，用于以受控比特率提供比特流脈沖調(diào)制信號(hào)，所述圖像傳感器電路包括像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器的二維陣列，每一個(gè)所述調(diào)制器具有用于將入射光轉(zhuǎn)換為依賴所述光的強(qiáng)度而變化的信號(hào)電壓的光敏元件，和從所述變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖調(diào)頻信號(hào)的頻率至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(FDC)；以及采樣單元，其對(duì)所述脈沖頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣以便以所述受控比特率產(chǎn)生所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
優(yōu)選地，所述光敏元件可以是光敏二極管。
適當(dāng)?shù)兀鯢DC可以包括一個(gè)比較器和兩個(gè)變換器，用于將所述變化的電子信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為脈沖。
適當(dāng)?shù)?，所述采樣單元可以包括信?hào)產(chǎn)生器，其以所述受控比特率向移位寄存器輸出信號(hào)。
優(yōu)選地，所述在受控比特率的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)可以被輸入到運(yùn)算單元，用于對(duì)所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)執(zhí)行隨機(jī)處理。
優(yōu)選地，所述運(yùn)算單元可以包括二進(jìn)制邏輯電路，用于執(zhí)行所述隨機(jī)處理。
適當(dāng)?shù)?，所述圖像傳感器陣列可以包括像素處理電路陣列，所述像素處理電路包括所述像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器陣列、所述采樣單元中的至少一個(gè)和通用的所述運(yùn)算單元。
從以下詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的進(jìn)一步方面將變得明顯。


為了使本發(fā)明容易理解并產(chǎn)生實(shí)際效果，將介紹結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器陣列和相關(guān)電路的組件裝置的框圖；圖2是詳細(xì)說(shuō)明構(gòu)成圖像傳感器陣列的像素處理電路的組件的示意圖；圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明以受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，在不同的圖中使用相同的編號(hào)表示相同的元件。參考圖1，示出了用于CMOS圖像傳感器2的集成電路。該CMOS圖像傳感器2典型地包括64×64像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的二維核心陣列4，利用計(jì)數(shù)器6、列驅(qū)動(dòng)器8和行選擇器10可對(duì)陣列4進(jìn)行行和列尋址。參考電壓Vref被施加給核心陣列4，并且給陣列4的功率是可通過(guò)偏置功率控制單元12控制的。功率控制單元12還控制給行緩沖器14的功率，行緩沖器14接收來(lái)自核心陣列4的輸出數(shù)據(jù)。來(lái)自核心陣列4的輸出數(shù)據(jù)在被提供給輸出總線19之前被從行緩沖器14轉(zhuǎn)到移位寄存器16。計(jì)時(shí)單元18耦合到行緩沖器14和移位寄存器16，以提供對(duì)來(lái)自圖像傳感器2的數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)。
圖1還顯示了構(gòu)成像素處理電路20的核心陣列4的區(qū)域的放大示意圖。每一個(gè)像素處理電路20包括信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22和相關(guān)的采樣單元24，所述脈沖頻率調(diào)制器負(fù)責(zé)光檢測(cè)和頻率調(diào)制。每一個(gè)采樣單元24的輸出被提供給二進(jìn)制運(yùn)算單元26的輸入。在圖1中，一個(gè)公共的二進(jìn)制運(yùn)算單元26顯示為由2×2像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的陣列共享。然而，本發(fā)明不限于這樣的布置，而且對(duì)每一個(gè)運(yùn)算單元26的輸入可以發(fā)源于更大或更小數(shù)量的像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22。核心陣列4的二進(jìn)制運(yùn)算單元26的輸出被輸入給行緩沖器14。
在圖2中，示出了像素處理電路20的詳圖。如圖所示，每一個(gè)像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22都包括形式為光敏二極管32的光敏元件，其正極接地，負(fù)極耦合到場(chǎng)效應(yīng)晶體管31(FET)的源極和比較器33的輸入。FET 31的漏極耦合到電源電壓(Vdd)。比較器33具有耦合到參考電壓Vref的參考輸入，并且比較器33的輸出耦合到緩沖電路，該緩沖電路為變換器34和35串聯(lián)形式。變換器35的輸出耦合到FET 31的柵極。像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的輸出來(lái)自變換器35并被耦合到相應(yīng)的采樣單元24，以提供作為到采樣單元24的輸入的頻率調(diào)制脈沖流。采樣單元24提供以預(yù)定采樣速率或采樣頻率fs的比特流輸出，然后被輸入到運(yùn)算單元26。然后由二進(jìn)制運(yùn)算單元26對(duì)產(chǎn)生數(shù)字輸出的比特流執(zhí)行隨機(jī)運(yùn)算。
光敏二極管32作為由入射光強(qiáng)度控制的可變電流源，入射光被光敏二極管32轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)(像素信號(hào))，光敏二極管32通過(guò)FET31充電。像素信號(hào)的幅度取決于入射光的強(qiáng)度。
FET 31的柵極通過(guò)包括比較器33和兩個(gè)變換器34、35(在一種替代形式中，可用鎖存器來(lái)代替兩個(gè)變換器34、35)的反饋環(huán)來(lái)開關(guān)。
光強(qiáng)度的模擬值隨后被轉(zhuǎn)換為脈沖串?dāng)?shù)字信號(hào)，在脈沖串?dāng)?shù)字信號(hào)之上執(zhí)行頻率調(diào)制的操作。下面對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
例如，在第一時(shí)間間隔T1，如果在光敏二極管32上存儲(chǔ)的電壓大于比較器33的閾值電壓Vref，那么比較器33和變換器34、35的輸出將分別是邏輯電平“0”、“1”和“0”。因此，F(xiàn)ET 31處于“關(guān)閉狀態(tài)”。隨著光改變，光敏二極管32的電容、在光敏二極管32上的電壓從接近Vdd的復(fù)位電壓按照光電流Iph逐漸下降(以依賴于入射光強(qiáng)度的速率)，最終達(dá)到比較器54的閾值Vth。在時(shí)間延遲t(其對(duì)應(yīng)于第二時(shí)間間隔T2)之后，比較器54和變換器34、35的輸出分別是邏輯電平“1”、“0”和“1”。FET 31然后被切換為開狀態(tài)，這將光敏二極管32復(fù)位(重新充電)。
由于電路組件的時(shí)間延遲，光敏二極管32保持充電直到變換器35的輸出變?yōu)檫壿?。這個(gè)期間是第三時(shí)間間隔T3。通過(guò)重復(fù)這三個(gè)步驟，產(chǎn)生脈沖串。如果假定時(shí)間延遲t很小，振蕩頻率f可以表示為f=IphCPD(Vdd-Vth)----(1)]]>其中，CPD是光敏二極管32的電容。
從方程式(1)可以得出如果輸入光強(qiáng)度變大和光敏二極管32的尺寸變小，那么振蕩頻率f或激發(fā)率(firing rate)增加。因此，這使得比較器33、變換器34、35和FET 31，當(dāng)耦合至光敏二極管32時(shí)，成為適于低壓操作和深亞微米技術(shù)(deep sub-micron technology)的頻率至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(FDC)。因此，在像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的輸出端提供了調(diào)頻信號(hào)。
像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的輸出端耦合到采樣單元24。每一個(gè)采樣單元24包括一個(gè)一位(one-bit)計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器是通過(guò)D類觸發(fā)器36、沒(méi)有陣列形式為異或門(XOR)38的一位減法器和N位移位寄存器37實(shí)現(xiàn)的。采樣頻率fs由信號(hào)產(chǎn)生器(未示出)提供給D類觸發(fā)器36和寄存器37。該特定采樣單元24對(duì)頻率調(diào)制信號(hào)輸出的上升沿和下降沿計(jì)數(shù)以便以采樣頻率fs兩倍的比特率提供比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
給定一組由調(diào)制器22調(diào)頻和由采樣單元24進(jìn)行采樣的模擬像素輸入，產(chǎn)生的比特流輸出被輸入給二進(jìn)制運(yùn)算單元26，該二進(jìn)制運(yùn)算單元26為四個(gè)像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22和像素處理電路20的采樣單元24共有。在運(yùn)算單元26中，比特流被隨機(jī)轉(zhuǎn)換、處理，并最終從隨機(jī)脈沖流作為數(shù)字值恢復(fù)。隨機(jī)處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是用具有純數(shù)字實(shí)現(xiàn)的脈沖流的值實(shí)現(xiàn)偽模擬功能的可能性。
應(yīng)該注意不能使用隨機(jī)運(yùn)算從比特流精確測(cè)量概率。然而概率能夠估算為在充分長(zhǎng)的序列中高電平(或1)的相對(duì)頻率。結(jié)果，當(dāng)試圖從序列中估算數(shù)值時(shí)引入了協(xié)方差形式的誤差。
如果Z=ΣiXin]]>是長(zhǎng)度為n的n脈沖序列X1，X2，...，Xn中具有1的相對(duì)頻率，那么Z的期望值E[Z]和協(xié)方差Var[Z]分別由方程式(2)和(3)給出。
E[Z]=Σ1nμin----(2)]]>Var[Z]=E[Z-E[Z]]2=1n2Σiσi2----(3)]]>其中，μi和σi是每一個(gè)Xi的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
隨機(jī)運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)是布爾代數(shù)和統(tǒng)計(jì)代數(shù)之間的相似性，這允許簡(jiǎn)單算術(shù)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。假定輸入脈沖流是未校正的，乘法運(yùn)算能夠通過(guò)與(AND)門實(shí)現(xiàn)。如果X1、X2是與門的輸入脈沖流，那么當(dāng)X1、X2都具有高電平時(shí)，輸出脈沖將只具有高電平。
當(dāng)我們以低脈沖密度工作時(shí)，或(OR)門是非常適合的。在高脈沖密度的情況下，加法器將使用以下方程式(4)和(5)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)add(X1,X2)=X1⊕X2+X1(sig(X1)⊕sig(X2))‾----(4)]]>sig[add(X1，X2)]＝X1sig(X1)+X2sig(X2) (5)表1顯示了加法器的真值表。
表1.加法器的隨機(jī)運(yùn)算

如對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的，對(duì)于許多不同的應(yīng)用，隨機(jī)運(yùn)算能夠在像素級(jí)上實(shí)現(xiàn)。
在操作中，本發(fā)明提供以受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的方法50，如參考圖3的流程圖所述。
方法50首先實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換步驟60，用于將光轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，該電子信號(hào)具有依賴于入射在光敏二極管32的每一個(gè)上的光的強(qiáng)度而變化的信號(hào)電壓。然后提供產(chǎn)生步驟62，用于從變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖，當(dāng)光敏二極管32上的電壓超過(guò)參考電壓Vref時(shí)，這些脈沖的邊緣開始于每一個(gè)比較器33的輸出。因此，脈沖邊緣是由比較器33產(chǎn)生的，比較器33將變化的信號(hào)電壓與參考電壓Vref比較。然后提供頻率調(diào)制步驟64，用于頻率調(diào)制所述脈沖以產(chǎn)生脈沖頻率調(diào)制信號(hào)，這通過(guò)像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22的組件實(shí)現(xiàn)。
如通過(guò)采樣步驟66所表示的，脈沖頻率調(diào)制信號(hào)被輸入給采樣單元24中相關(guān)的單元。因此，采樣步驟66提供用于采樣所述脈沖頻率調(diào)制信號(hào)，以便以受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。采樣單元24對(duì)頻率調(diào)制脈沖的上升沿和下降沿都進(jìn)行計(jì)數(shù)，使得受控比特率是采樣頻率fs的至少兩倍。這使得圖像傳感器2的分辨率加倍，因?yàn)樵诓蓸訂卧?4的輸出端的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)是采樣頻率fs的兩倍。
在隨機(jī)處理步驟68，來(lái)自采樣單元24的每一個(gè)的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)被輸入給運(yùn)算單元26，用于隨機(jī)處理。隨機(jī)處理可以通過(guò)二進(jìn)制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，如表1所示的，這簡(jiǎn)化了電路并使得所要求的集成電路面積最小化。因此，隨機(jī)處理步驟68提供用于從比特流脈沖信號(hào)產(chǎn)生二進(jìn)制值，其中二進(jìn)制值的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于在采樣頻率(采樣速率)的整數(shù)倍上提供的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
在本發(fā)明中，描述了新的傳感器結(jié)構(gòu)，其基于脈沖頻率調(diào)制(PFM)和隨機(jī)運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)圖像傳感器，其中功能電路集成在每一個(gè)像素中。在本發(fā)明中，輸入信號(hào)作為脈沖頻率調(diào)制的速率參數(shù)被編碼，而且然后在脈沖域中執(zhí)行隨機(jī)計(jì)算操作。
本發(fā)明在CMOS技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，并且使用頻率調(diào)制器作為積分器，以實(shí)現(xiàn)具有多位量化的簡(jiǎn)化的第一級(jí)σ-δ調(diào)制器，而無(wú)需D/A轉(zhuǎn)換器。PFM與數(shù)字邏輯電路非常兼容，并且有力地防止噪聲，因此適于深亞微米技術(shù)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸出為脈沖串，因此操作電壓幾乎不會(huì)影響SNR。然而，低操作電壓是進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，尤其是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的CCD裝置，并使本發(fā)明特別適于深亞微米技術(shù)。
每一個(gè)像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器22包括基于數(shù)字觸發(fā)比較器的簡(jiǎn)單振蕩器。然后實(shí)施脈沖模式數(shù)字運(yùn)算，其使用具有簡(jiǎn)單邏輯門的隨機(jī)計(jì)算技術(shù)以實(shí)現(xiàn)圖像處理運(yùn)算。
詳細(xì)說(shuō)明僅提供了優(yōu)選的示范實(shí)施例，并不打算限于本發(fā)明的范圍、適用性或配置。而是，優(yōu)選示范實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的優(yōu)選示范實(shí)施例的說(shuō)明。應(yīng)該理解，在元件的功能和布置上可以作出各種改變，而不脫離在所附權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的要旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種以受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟將光轉(zhuǎn)換為具有依賴所述光的強(qiáng)度而變化的信號(hào)電壓的電子信號(hào)；從所述變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖；對(duì)所述脈沖進(jìn)行調(diào)頻以產(chǎn)生脈沖調(diào)頻信號(hào)；以及對(duì)所述脈沖調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行采樣以便以所述受控比特率產(chǎn)生所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述產(chǎn)生脈沖的步驟通過(guò)將所述變化的信號(hào)電壓與參考電壓比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述脈沖具有由所述信號(hào)電壓超過(guò)所述參考電壓而產(chǎn)生的邊緣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述采樣的步驟包括提供采樣頻率和以所述比特率檢驗(yàn)比特流脈沖調(diào)制信號(hào)，所述比特率是采樣頻率的至少兩倍。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的隨機(jī)處理步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述隨機(jī)處理步驟可包括從所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生二進(jìn)制值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述隨機(jī)處理步驟包括從所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生二進(jìn)制值，所述二進(jìn)制值的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于在所述采樣速率的整數(shù)倍上提供的所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述隨機(jī)處理步驟通過(guò)二進(jìn)制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法通過(guò)圖像傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9.一種用于以受控比特率提供比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的圖像傳感器陣列，所述圖像傳感器電路包括像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器的二維陣列，每一個(gè)所述調(diào)制器具有用于將入射光轉(zhuǎn)換為依賴所述光的強(qiáng)度而變化的信號(hào)電壓的光敏元件，和從所述變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖調(diào)頻信號(hào)的頻率至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(FDC)；以及采樣單元，其對(duì)所述脈沖調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行采樣以便以所述受控比特率產(chǎn)生所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器陣列，其中，所述光敏元件是光敏二極管。
11.如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器陣列，其中，所述FDC包括一個(gè)比較器和兩個(gè)變換器，用于將所述變化的電子信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為脈沖。
12.如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器陣列，其中，所述采樣單元包括信號(hào)產(chǎn)生器，其以所述受控比特率向移位寄存器輸出信號(hào)。
13.如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器陣列，其中，具有受控比特率的比特流脈沖調(diào)制信號(hào)被輸入到運(yùn)算單元，用于對(duì)所述比特流脈沖調(diào)制信號(hào)執(zhí)行隨機(jī)處理。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器陣列，其中，所述運(yùn)算單元包括二進(jìn)制邏輯電路，用于執(zhí)行所述隨機(jī)處理。
15.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器陣列，其中，所述圖像傳感器陣列包括像素處理電路陣列，所述像素處理電路包括所述像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器陣列、所述采樣單元中的至少一個(gè)和通用的所述運(yùn)算單元。
全文摘要
用于以受控比特率提供比特流脈沖調(diào)制信號(hào)的方法和圖像傳感器電路(2)。圖像傳感器電路(2)具有像素信號(hào)脈沖頻率調(diào)制器(22)的二維陣列，每一個(gè)所述調(diào)制器具有用于將入射光轉(zhuǎn)換為變化的信號(hào)電壓的光敏二極管(32)和從變化的信號(hào)電壓產(chǎn)生脈沖頻率調(diào)制信號(hào)的頻率至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。電路(2)還具有采樣單元(24)，其對(duì)脈沖頻率調(diào)制信號(hào)采樣以便以所述受控比特率產(chǎn)生比特流脈沖調(diào)制信號(hào)。運(yùn)算單元(26)耦合到采樣單元(24)的輸出，用于對(duì)比特流脈沖調(diào)制信號(hào)執(zhí)行隨機(jī)處理。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1659860SQ03813047
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者塔勒克·哈馬敦 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司