用于视觉传感器的像素电路和方法技术

提供了一种在图像传感器中使用的像素电路。像素电路包括：光敏元件，该光敏元件被配置为响应于撞击在光敏元件上的光的亮度而生成电流信号；以及转换器，该转换器被配置为从光敏元件接收电流信号并且基于接收到的电流信号而生成电压信号。像素电路还包括：电容器，该电容器串联地电耦合到转换器并且被配置为从转换器接收电压信号；以及放大器，该放大器在输入处串联地电耦合到电容器并且被配置为在输出处基于来自电容器的输出信号生成放大信号，其中在放大器的输出与输入之间没有反馈。此外，像素电路包括重设装置，该重设装置被配置为响应于生成触发信号而重设放大器。置为响应于生成触发信号而重设放大器。置为响应于生成触发信号而重设放大器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于视觉传感器的像素电路和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年4月2日提交的美国临时专利申请号63/004,110的优先权，该专利申请的内容以引用的方式全文并入本文。


[0003]本公开总体上涉及传感器和用于传感的像素电路的领域。更具体地但不限制，本公开涉及用于提供像素电路和架构以及实现和使用具有像素电路的视觉传感器的系统和方法。本文中公开的传感器和技术可用于各种应用和视觉系统中，诸如安全系统、自主车辆以及受益于快速且高效的运动检测和/或运动事件驱动的数据获取的其他系统。

技术介绍

[0004]现存的图像传感器使用包括半导体电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)传感器或其他传感器的多个像素，以便捕获场景的数字图像。然而，常规的图像传感器在检测快速运动方面很慢，因为每一帧都是作为场景的完整图像捕获的。此外，此类图像传感器产生大量的数据，从而呈指数地增加例如从捕获的图像中筛出运动信息所需的处理量。
[0005]许多系统不需要由捕获完整图像的现有图像传感器提供的广泛细节。例如，安全系统和其他监控系统可能仅对运动数据感兴趣，而对图像的没有运动的部分不感兴趣。作为另一个示例，自主车辆必须快速且高效地处理捕获的数据，以便与人类感知时间(一般是大约100毫秒或更少)相当地作出决定。当必须丢弃(例如，经由后处理)大量数据以便获得所捕获数据的与情形相关的部分时，此类效率是有上限的。

技术实现思路

[0006]本公开的实施方案可提供一种包括多个像素的传感器。每个像素包括：光敏元件，该光敏元件被配置为响应于撞击在光敏元件上的光的亮度而生成电流信号；转换器，该转换器被配置为从光敏元件接收电流信号并且基于接收到的电流信号而生成电压信号；电容器，该电容器串联地电耦合到转换器并且被配置为从转换器接收电压信号；放大器，该放大器在输入处串联地电耦合到电容器并且被配置为在输出处基于来自电容器的输出信号生成放大信号，其中在放大器的输出与输入之间没有反馈；以及重设装置，该重设装置电耦合在放大器的输入与输出之间并且被配置为响应于生成触发信号而重设放大器。
[0007]在一些实施方案中，传感器包括至少一个时间对比传感器，也被称为对比检测传感器或动态视觉传感器。此外，放大器可具有定义的增益，并且在一些实施方案中，放大器包括控制增益放大器。在一些实施方案中，放大器的增益可以是可控制或可调整的，并且在其他实施方案中，放大器的增益是不可控制或不可调整的。在一些实施方案中，放大器的增益可由放大器的堆叠晶体管的数量定义，该数量是不可调整的。在其他实施方案中，可通过接通或断开堆叠晶体管来控制放大器的增益。在一些实施方案中，可通过接通或断开放大
器级来控制放大器的增益，如本文所公开。
[0008]如本文所公开，放大器的实施方案可包括控制增益放大器。控制增益放大器可包括多个堆叠晶体管。在一些实施方案中，多个堆叠晶体管包括晶体管，并且该晶体管的栅极电耦合到该晶体管的漏极或源极。此类晶体管中的一者或多者可用于实现多个堆叠晶体管。
[0009]在一些实施方案中，放大器的开环增益与和堆叠晶体管的数量有关的数值相关联。作为示例，在一些实施方案中，放大器的增益小于10。在其他实施方案中，增益等于或大于10。在其他实施方案中，放大器的增益等于或大于20并且等于或小于40。在另外其他实施方案中，放大器的增益小于100。此外，在一些实施方案中，放大器被实现为多级放大器，如本文所公开。
[0010]在一些实施方案中，像素还包括比较器，该比较器电耦合到放大器的输出并且被配置为在放大信号匹配条件时生成触发信号。在一些实施方案中，条件包括放大信号的幅度大于或等于阈值。
[0011]在一些实施方案中，重设装置包括开关。如本文所公开，重设装置可被配置为通过闭合开关来重设放大器的输入与输出之间的电压。重设装置可被进一步配置为通过将放大器的输入与输出之间的电压设定为零来重设放大器。
[0012]在一些实施方案中，像素还包括比较器，该比较器电耦合到放大器的输出并且被配置为在放大信号匹配条件时生成触发信号。在一些实施方案中，比较器被配置为向外部读出系统输出触发信号。外部读出系统可被配置为响应于触发信号而向像素发送确认信号。在一些实施方案中，重设装置可被配置为响应于确认信号的接收而重设放大器。在其他实施方案中，重设装置可被配置为在将触发信号作为输出提供到外部读出系统之后重设放大器。也就是说，像素不需要从外部读出系统接收确认信号来重设其本身。
[0013]根据本公开的实施方案，每个像素还可包括：另一个电容器，该另一个电容器串联地电耦合在放大器的输出与比较器的输入之间；以及另一个重设装置，该另一个重设装置电耦合在比较器的输入与参考信号之间并且被配置为将参考信号设定为比较器的输入。在一些实施方案中，另一个重设装置包括另一个开关。在一些实施方案中，另一个重设装置被进一步配置为通过闭合另一个开关来将参考信号设定为比较器的输入。在一些实施方案中，重设装置包括与另一个重设装置的另一个开关不同的开关。
[0014]在一些实施方案中，参考信号包括参考电压。
[0015]根据本公开的实施方案，每个像素还可包括延迟电路，该延迟电路电耦合在开关与另一个开关之间并且被配置为设定在操作开关和另一个开关之间的时间延迟(例如，在操作第一开关和第二开关之间的时间延迟)。如从本公开中将理解，开关的数量不限于本文提供的示例。
[0016]本公开的实施方案还可提供一种在视觉传感器中使用的像素电路。该像素电路可包括：光敏元件，该光敏元件被配置为响应于撞击在光敏元件上的光的亮度而生成电流信号；转换器，该转换器被配置为从光敏元件接收电流信号并且基于接收到的电流信号而生成电压信号；电容器，该电容器串联地电耦合到转换器并且被配置为从转换器接收电压信号；放大器，该放大器在输入处串联地电耦合到第一电容器并且被配置为在输出处基于来自电容器的输出信号生成放大信号，其中在放大器的输出与输入之间没有反馈；以及重设
装置，该重设装置电耦合在放大器的输入与输出之间并且被配置为在生成触发信号时重设放大器。
[0017]本公开的实施方案还可提供一种用于控制具有多个像素的传感器的方法。该方法包括：响应于光撞击在光敏元件上而接收电流信号；基于电流信号而将电流信号转换为电压信号；由电容器基于电压信号来生成解耦电压信号，其中解耦电压信号从电流信号解耦；由放大器基于解耦电压信号来生成放大信号，其中在放大信号与解耦电压信号之间没有电容反馈；当放大信号匹配条件时生成触发信号；以及当生成触发信号时重设放大器。
附图说明
[0018]构成本说明书的一部分的附图示出了各种实施方案，并且与描述一起用于解释所公开的实施方案的原理和特征。在附图中：
[0019]图1A是根据本公开的实施方案的示例性超像素的示意性表示。
[0020]图1B是根据本公开的实施方案的另一个示例性超像素的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种传感器，所述传感器包括多个像素，每个像素包括：光敏元件，所述光敏元件被配置为响应于撞击在所述光敏元件上的光的亮度而生成电流信号；转换器，所述转换器被配置为从所述光敏元件接收所述电流信号并且基于所述接收到的电流信号而生成电压信号；电容器，所述电容器串联地电耦合到所述转换器并且被配置为从所述转换器接收所述电压信号；放大器，所述放大器在输入处串联地电耦合到所述电容器并且被配置为在输出处基于来自所述电容器的输出信号生成放大信号，其中在所述放大器的所述输出与所述输入之间没有反馈；以及重设装置，所述重设装置电耦合在所述放大器的所述输入与所述输出之间并且被配置为响应于生成触发信号而重设所述放大器。2.如权利要求1所述的传感器，其中所述放大器包括多个堆叠晶体管。3.如权利要求2所述的传感器，其中所述多个堆叠晶体管包括晶体管，并且其中所述晶体管的栅极电耦合到所述晶体管的漏极或所述晶体管的源极。4.如权利要求3所述的传感器，其中所述放大器的开环增益与所述堆叠晶体管的数量相关联。5.如权利要求2至4中任一项所述的传感器，其中能够通过接通或断开所述堆叠晶体管中的一者或多者来调整所述放大器的开环增益。6.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述放大器包括多个放大器级。7.如权利要求6所述的传感器，其中能够通过接通或断开所述放大器级中的一者或多者来调整所述放大器的开环增益。8.如任一前述权利要求所述的传感器，其中每个像素还包括：比较器，所述比较器电耦合到所述放大器的所述输出并且被配置为在所述放大信号匹配条件时生成所述触发信号。9.如权利要求8所述的传感器，其中所述条件包括所述放大信号的幅度大于或等于阈值。10.如权利要求8或9所述的传感器，其中所述比较器被进一步配置为向外部读出系统输出所述触发信号。11.如权利要求10所述的传感器，其中所述外部读出系统被配置为响应于所述触发信号而向所述像素发送确认信号，并且所述重设装置被进一步配置为响应于所述确认信号而重设所述放大器。12.如权利要求10或11所述的传感器，其中所述重设装置被进一步配置为在所述比较器输出所述触发信号之后并且在不考虑来自所述外部读出系统的确认信号的接收的情况下重设所述放大器。13.如任一前述权利要求所述的传感器，其还包括：另一个电容器，所述另一个电容器串联地电耦合在所述放大器的所述输出与所述比较器的输入之间；以及另一个重设装置，所述另一个重设装置电耦合在所述比较器的所述输入与参考信号之
间并且被配置为将所述参考信号设定为所述比较器的所述输入。14.如权利要求13所述的传感器，其中所述另一个重设装置包括另一个开关。15.如权利要求13或14所述的传感器，其中所述另一个重设装置被进一步配置为通过激活所述另一个重设装置来将所述参考信号设定为所述比较器的所述输入。16.如权利要求13至15中任一项所述的传感器，其还包括：延迟电路，所述延迟电路电耦合在所述重设装置与所述另一个重设装置之间并且被配置为设定在操作所述重设装置和所述另一个重设装置之间的时间延迟。17.如权利要求13至16中任一项所述的传感器，其中所述参考信号包括参考电压。18.如任一前述权利要求所述的传感器，其中在所述放大器的所述输入与所述输出之间没有电容器。19.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述传感器包括至少一个时间对比传感器。20.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述放大器包括具有可调整的开环增益的控制增益放大器。21.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述放大器的开环增益的幅度小于100。22.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述重设装置包括开关，并且进一步地其中所述重设装置被配置为通过闭合所述开关来重设所述放大器的所述输入与所述输出之间的所述电压。23.如任一前述权利要求所述的传感器，其中所述重设装置被进一步配置为通过将所述放大器的所述输入与所述输出之间的电压设定为零来重设所述放大器。24.如权利要求1至22中任一项所述的传感器，其中所述重设装置被进一步配置为将所述放大信号重设为从所述放大器解耦的参考信号。25.一种像素电路，所述像素电路包括：光敏元件，所述光敏元件被配置为响应于撞击在所述光敏元件上的光的亮度而生成电流信号；转换器，所述转换器被配置为从所述光敏元件接收所述电流信号并...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：普罗费塞公司，
类型：发明
国别省市：