用于传感器故障检测的系统及方法技术方案

新颖图像传感器包括像素阵列、行控制电路、测试信号注入电路、采样电路、图像处理电路、比较电路以及控制电路。在一特定实施例中，该测试信号注入电路将测试信号注入至该像素阵列，该采样电路获取来自该像素阵列的像素数据，以及该比较电路比较该像素数据与该测试信号。如果该像素数据不对应于该测试信号，则该比较电路输出错误信号。此外，该比较电路被提供以检测该图像传感器的该控制电路中的故障。

【技术实现步骤摘要】
相关申请该申请是标题为“”、由相同专利技术人提交于2013年2月8日，申请号为13/763,498的未决美国专利申请的分案申请，申请13/763，498整体上通过引用合并在此。
本专利技术总体涉及图像传感器，尤其涉及图像传感器的故障检测。
技术介绍
电子图像传感器通常被合并到包括例如手机、计算机、数码相机、个人数字助理(Personal Digital Assistant, PDA)等的各种装置中。除传统用户控制的静止视频照相机应用之外，正在兴起越来越多的图像传感器应用。例如，整体机器视觉应用正在迅速地扩大于汽车业、制造业、医疗、安全以及国防工业中。在这些应用中，机器通常基于由该机器的图像捕获系统捕获的信息(例如，一物体相对于另一物体的位置)执行某些操作任务(例如，防止碰撞任务)。为了使该机器执行与特定情况相关的适当任务，图像传感器必须可靠地捕获、处理以及输出准确地表示观察到的情况的图像数据。互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器通常包括:传感器阵列、控制电路、行控制电路(例如，行地址解码器、像素驱动器等)、列采样电路以及图像处理电路。图像传感器通常与传感器阵列对准的镜头组件配合使用，以在其上聚焦图像。该传感器阵列将入射光转变为表示图像的电数据。该传感器阵列由以多个行和列排列的多个光敏像素组成。这些像素分别经由行和列信号线的网格电耦合至行控制电路和列采样电路。也就是说，每一个独立像素行经由包括例如传输线、复位线(reset line)以及行选择线的相关行信号线组连接至行控制电路并且被该行控制电路控制。每一个独立像素列经由分离的列采样线连接至列采样电路。该列采样电路通常包括诸如放大器、模拟-数字转换器以及数据存储元件之类的采样元件，其耦合至列采样线，用于数字化并存储自像素输出的电信号。在具有列并行读取架构的图像传感器中，列采样电路包括用于每一个列采样线的这些采样元件的离散组，以便于可以同时采样整像素行。在列并行读取架构中，列采样电路还包括路由至各种采样元件的各种信号线，以向那里输送控制信号。(非列并行读取架构也需要各种电平信号线，虽然不是与列并行架构一样多。)该图像处理电路接收自列采样电路输出的数字化数据,并且以可读格式产生图像数据。接口能够使图像传感器与主机系统(例如，手机主机板、车载计算机系统、制造机器计算机系统等)进行通信(例如，输出格式化图像/视频数据、接收操作指令等)。通常，图像传感器的控制电路连接至行控制电路、列采样电路、图像处理电路以及接口，以执行各种定时和控制操作。每一个像素包括:光敏元件(例如，光电二极管、光电门(photogate)等)、传输晶体管、浮动扩散区域、复位晶体管、源极跟随(source-follower)晶体管以及行选择晶体管。该光敏元件操作以累积与其在快门操作期间暴露到的入射光的强度成比例的电荷。该传输晶体管将光敏元件连接至浮动扩散区域，并且包括连接至单一传输线并因此被该单一传输线控制的门极，其中该单一传输线专用于整个像素行。当逻辑高电压信号施加在传输线上时，来自光敏元件的电荷被传输至浮动扩散区域。该复位晶体管将浮动扩散区域连接至电压源端子，并且包括连接至行信号线的复位线并因此被该行信号线的复位线控制的门极。当逻辑高电压信号施加在复位线上时，该复位晶体管将浮动扩散区域连接至电压源端子，因此将任何先前存储的电荷复位至己知状态。该源极跟随晶体管将电压源端子连接至行选择晶体管，并且包括连接至浮动扩散区域的门极，以产生表示在浮动扩散区域内累积的电荷的放大电压信号。该行选择晶体管将源极跟随晶体管连接至该列线的像素输出线，并且包括与该行线的行选择线连接的门极。当逻辑低电压施加在行选择线上时，行选择晶体管作为源极跟随晶体管与像素输出线之间的开启开关。相反地，施加在行选择线的门极上的逻辑高电压使行选择晶体管作为源极跟随晶体管与列采样线之间的闭合开关，以便于可以通过列采样线采样浮动扩散的状态。虽然传统图像传感器满足许多图像和视频捕获应用的需求，但目前的设计存在缺陷。例如，CMOS像素由易于出现故障的集成电路元件(例如，晶体管、二极管、电容器等)构造。作为另一示例，像素行信号线(例如，传输线、复位线、行选择线等)、列采样线以及列采样元件控制线(例如，增益放大器控制线、模拟-数字转换器控制线、数字化像素数据存储装置控制线等)易于损坏，尤其是遭受大量分散式压力引起式负载的那些。作为另一个问题，行控制电路也易于出现故障。在传统图像传感器中出现上述故障的任意一个的情况中，其通常将错误的图像数据输出至主机系统。当然，主机系统通常不识别错误的图像数据与正确的图像数据之间的差异。这可能尤其在其中该图像数据指示由主机系统执行的操作任务的某些应用(即，整体机器视觉应用)中存在问题。甚至当电路不是非常易于损坏或出现故障时，某些应用(例如，汽车应用)需要系统具有极高的可靠性。因此，需要具有改善的图像数据输出可靠性的图像传感器设计。
技术实现思路
本专利技术通过提供具有集成故障检测的图像传感器来克服与现有技术相关的问题。本专利技术的各个方面检测光敏像素、像素阵列的控制线以及采样/保持电路中的故障。示例性图像捕获装置包括多个像素。每一个像素具有光传感器、电荷存储区域、信号输出端以及测试信号输入端。该电荷存储区域选择性地耦合以接收来自该光传感器的光电流。该信号输出端耦合至该电荷存储区域，并且输出表示存储在该电荷存储区域中的电荷量的信号。该测试信号输入端也耦合至该电荷存储区域。测试信号注入电路被耦合以将测试信号提供至像素的测试信号输入端，并且采样电路被选择性地耦合以接收来自像素的输出端的输出信号。比较电路将向像素提供的测试信号与自像素接收到的输出信号进行比较，并且如果该输出信号不对应于测试信号，则该比较电路提供错误信号。可选地，该测试信号注入电路耦合至该比较电路，以将向像素提供的测试信号直接地提供至该比较电路。公开各种装置以将向像素提供的测试信号与自像素接收到的输出信号进行比较，并且响应于未对应于测试信号的输出信号提供错误信号。在公开的实施例中，像素排列为多个列，并且该图像捕获装置包括多条电荷注入线。每一个电荷注入线将相应列的像素的测试信号输入端耦合至测试信号注入电路。每一个像素的电荷存储区域经由电容器耦合至相应电荷注入线，并且没有插入于像素的电荷存储区域与电荷注入线之间的开关装置。在公开的实施例中，该测试信号注入电路能够在不同的电荷注入线上提供不同的测试信号，也能够以不同定时在相同的电荷注入线上提供不同的测试信号。示例性测试信号注入电路包括多个测试信号存储元件以及测试信号发生器。每一个测试信号存储元件选择性耦合至相应电荷注入线。测试信号发生器耦合至测试信号存储元件，并且操作以产生测试信号值，并且将测试信号值存储在存储元件中。在特定实施例中，测试信号发生器操作以产生数字测试信号值，并且每一个存储元件均为单位(single-bit)存储元件。该测试信号发生器包括随机位发生器。存储元件串联地耦合在一起，并且来自随机位发生器的位被位移至存储元件。像素可以在图像捕获模式或测试模式中操作。每一个像素的电荷存储区域通过每一个像素的开关装置选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测图像捕获装置中的故障的方法，该方法包括：接收控制信号；基于所述控制信号产生驱动信号；将所述驱动信号施加在所述图像捕获装置的控制线上；比较所施加的驱动信号与所述控制信号；以及如果所述控制信号不以预定方式对应于所施加的驱动信号，则产生错误信号。

【技术特征摘要】
2013.02.08 US 13/763,498;2013.02.08 US 13/763,5621.一种用于检测图像捕获装置中的故障的方法，该方法包括: 接收控制信号； 基于所述控制信号产生驱动信号； 将所述驱动信号施加在所述图像捕获装置的控制线上； 比较所施加的驱动信号与所述控制信号；以及 如果所述控制信号不以预定方式对应于所施加的驱动信号，则产生错误信号。2.依据权利要求1所述的方法，其中将所述驱动信号施加在所述图像捕获装置的控制线上的步骤包括:将所述驱动信号施加在图像传感器阵列的行控制线上。3.依据权利要求1所述的方法，其中将所述驱动信号施加在所述图像捕获装置的控制线上的步骤包括:将所述驱动信号施加在图像数据采样电路的控制线上。4.依据权利要求1所述的方法，其中比较所施加的驱动信号与所述控制信号的步骤包括: 基于所述控制信号产生第二驱动信号；以及 比较所述第二驱动信号与所述驱动信号。5.依据权利要求1所述的方法，其中比较所施加的驱动信号与所述控制信号的步骤包括: 基于施加在多条控制线上的第一点处的驱动信号产生第一编码值； 基于施加在所述控制线上的第二点处的所述驱动信号产生第二编码值；以及 比较所述第一编码值与所述第二编码值。6.依据权利要求1所述的方法，进一步包括: 接收第二控制信号； 基于所述第二控制信号产生第二驱动信号； 将所述第二驱动信号施加在所述图像捕获装置的第二控制线上；以及 比较基于所述第二驱动信号和所述第二控制信号的输入；以及 如果所述第二控制信号不以预定方式对应于所述第二驱动信号，则产生第二错误信号。7.依据权利要求6所述的方法，其中: 所述图像捕获装置进一步包括图像传感器阵列； 所述图像捕获装置进一步包括图像数据采样电路，被耦合以接收来自所述图像传感器阵列的数据行； 所述驱动信号为在所述图像传感器阵列中的行控制驱动信号；以及 所述第二驱动信号为在所述图像数据采样电路中的驱动信号。8.依据权利要求7所 述的方法，进一步包括: 将测试数据周期性地注入至所述图像传感器阵列； 将注入至所述图像传感器阵列的所述测试数据与通过所述图像数据采样电路自所述图像传感器阵列接收到的所述测试数据进行比较；以及 如果注入至所述图像传感器阵列的所述测试数据不以预定方式对应于通过所述图像数据采样电路自所述图像传感器阵列接收到的图像测试数据，则产生第三错误信号。9.一种图像捕获装置，包括:控制器，被操作以提供控制信号； 驱动器，响应于所述控制信号，并且被操作以基于所述控制信号产生驱动信号，并且将所述驱动信号施加在所述图像捕获装置的控制线上；以及 比较器，响应于基于所述控制信号的第一输入以及基于所述驱动信号的第二输入，所述比较器被操作以便于如果所述控制信号不以预定方式对应于所施加的驱动信号，则产生错误信号。10.依据权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：R约翰逊，T马蒂努森，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US