电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法技术方案

本发明专利技术公开了电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法，属于集成电路技术领域。本发明专利技术的温度系数校正方法，应用于电流型图像传感器差分读出系统，包括：依次连接的钳位读出模块、I

【技术实现步骤摘要】
电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法


[0001]本专利技术涉及电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法，属于集成电路


技术介绍

[0002]图像边缘是图像的重要特征，是图像中特性(如像素灰度、纹理等)分布的不连续外，图像周围特性有阶跃变化或屋脊状变化的那些像素集合。图像的边缘部分集中了图像的大部分信息，一幅图像的边缘结构与特点往往是决定图像特质的重要部分。因此，针对图像边缘进行检测，能够很好的观察图像中的轮廓边缘、细节以及灰度跳变部分。
[0003]在物理世界中，所有的信号都是模拟的，传感器负责从物理世界获取模拟信号，再将这些信号进行处理加工，得到我们人类所熟悉的数字信息。由于模拟计算的高能效和面积尺寸小等优点，其在视觉/听觉相关处理和神经形态网络算法之类的应用系统中受到广泛关注。随着深度学习的模拟电路的发展，其已经实现了特征提取、分类等各类机器学习和神经网络算法。像素内计算也是模拟计算中收到广泛关注的一个研究热点，像素内计算可以基于Roberts边缘检测算子的思路实现边缘检测、运动检测等算法。因此，通过对相邻两列像素列进行模拟差分计算得到相应的图像序列，能够有效获取图像的边缘信息。
[0004]由于温度的变化，会导致图像传感器中像素单元内部器件的电子迁移率μ发生变化，随着温度的升高，电子迁移率降低，影响图像传感器的输出。美国加州大学圣芭芭拉分校的研究者提出了一种温度补偿方法，利用器件自身的亚阈值电流特性，避免了迁移率和阈值电压受温度变化而给乘法器带来的影响，并且利用两列电流的减法消除阈值电压的温度特性(可参考X.Guo et al,"Temperature
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insensitive analog vector
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by
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matrix multiplier based on 55nm NOR flash memory cells,"2017IEEE Custom Integrated Circuits Conference(CICC),Austin,TX,USA,2017,pp.1
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4.)；但是，该论文中利用器件自身的亚阈值特性进行温度补偿的方法会造成阵列输出电流极低，甚至只有皮安(10
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12
A)量级，极易受到噪声的影响，进而降低图像传感器的输出精度。
[0005]因此，为了避免环境温度对图像边缘检测中的图像传感器的输出产生影响，本专利技术旨在对电流型图像传感器模拟差分计算的输出值进行处理，并利用像素输出同样的处理手段进行温度噪声并行消除，达到自校正的效果，其中电流型图像传感器是指像素单元输出信号为电流，并经过读出电路的放大等操作对像素电流进行处理的一种图像传感器。

技术实现思路

[0006]为了避免温度对电流型图像传感器模拟差分计算处理产生误差影响，本专利技术提供了一种电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法，所述技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法，所述电流型图像传感器差分读出系统包括：依次连接的钳位读出电路模块、I
‑
V转换电路模块和比较器模块；
[0008]所述钳位读出电路模块包括多个钳位读出电路，与所述电流型图像传感器的多个像素读出列一一连接，用于控制所述像素读出列上的电压为固定值，保证像素单元处在线性区工作，以及对像素电流进行处理，处理过程包括：读出、稳压和放大；
[0009]所述I
‑
V转换电路模块包括多个I
‑
V转换电路，与多个钳位读出电路连接，所述I
‑
V转换电路包括：积分电容C，所述电流型图像传感器工作前首先对所述积分电容C充电，充电电压为V
BIAS
，电流型图像传感器工作时，所述两个读出电路输出的像素电流相减后得到的电流差再对所述积分电容C充电，然后将所述积分电容C上的电压值传输给比较器端；
[0010]所述比较器模块包括多个比较器，每个I
‑
V转换电路输出端连接比较器，用于将所述I
‑
V转换电路输出的电压进行比较，输出比较结果供给后续的数据传输；
[0011]所述温度自校正的方法包括：
[0012]步骤一：采用所述电流型图像传感器内部的一对像素读出列作为一对参考读出列，所述参考读出列输出的一对像素电流，经过所述读出电路后，做减法后再转化为参考电压V
REF
；
[0013]步骤二：参考电压V
REF
经过片外分压电路，产生V
BIAS
‑
T
，V
BIAS
‑
T
与V
BIAS
为相同电压值，且随温度变化而变化；
[0014]步骤三：在所述电流型图像传感器工作前，首先对所述积分电容C充电，充电电压为V
BIAS
；
[0015]步骤四：所述电流型图像传感器开始工作，两个读出电路输出的像素电流相减后得到的电流差再对所述积分电容C充电；
[0016]步骤五：充电后所述积分电容C极板电压输入所述比较器的输入端，比较电压V
BIAS
‑
T
输入比较器的另一个输入端，比较器输出比较结果。
[0017]可选的，所述参考电压V
REF
为：
[0018][0019]其中，I
REF
为所述一对参考读出列对应的读出电路输出的电流差，μ为像素单元的电子迁移率，为像素单元的宽长比，C
OX
为像素单元栅氧化电容，V
THA
和V
THB
分别为两个参考读出列的像素单元阈值电压，V
DS
为像素单元的漏源电压，R为负载电阻。
[0020]可选的，所述参考电压V
REF
随温度变化后为：
[0021][0022]其中，V
REF0
为参考电压的初始值，Δμ为温度变化带来的电子迁移率的变化。
[0023]可选的，所述步骤5中积分电容C极板电压为：
[0024][0025]其中，I
OUT
为所述步骤四中的两个读出电路输出的像素电流相减后得到的电流差，ΔT为充电时间，C为电容值，ΔU为利用电流差充电后的电容上增加的极板电压值。
[0026]可选的，所述比较器的输出结果包括：
[0027]当时，比较器输出：1；
[0028]当时，比较器输出：0；
[0029]可选的，所述读出电路的读出电流为：
[0030][0031]其中，V
GS
为像素单元输入电压，V
TH
为像素单元阈值电压。
[0032]可选的，所述像素单元的电子迁移率为：
[0033][0034]其中，T0为初始温度，μ
T0...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法，其特征在于，所述电流型图像传感器差分读出系统包括：依次连接的钳位读出电路模块、I
‑
V转换电路模块和比较器模块；所述钳位读出电路模块包括多个钳位读出电路，与所述电流型图像传感器的多个像素读出列一一连接，用于控制所述像素读出列上的电压为固定值，保证像素单元处在线性区工作，以及对像素电流进行处理，处理过程包括：读出、稳压和放大；所述I
‑
V转换电路模块包括多个I
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V转换电路，与多个钳位读出电路连接，所述I
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V转换电路包括：积分电容C，所述电流型图像传感器工作前首先对所述积分电容C充电，充电电压为V
BIAS
，所述电流型图像传感器工作时，所述两个读出电路输出的像素电流相减后得到的电流差再对所述积分电容C充电，然后将所述积分电容C上的电压值传输给比较器端；所述比较器模块包括多个比较器，每个I
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V转换电路输出端连接比较器，用于将所述I
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V转换电路输出的电压进行比较，输出比较结果供给后续的数据传输；所述电流型图像传感器差分读出系统的温度系数校正方法包括：步骤一：采用所述电流型图像传感器的一对像素读出列作为一对参考读出列，所述参考读出列输出的一对像素电流，经过所述读出电路后，做减法后再转化为参考电压V
REF
；步骤二：参考电压V
REF
经过片外分压电路，产生V
BIAS
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T
，V
BIAS
‑
T
与V
BIAS
为相同电压值，且随温度变化而变化；步骤三：在所述电流型图像传感器工作前，首先对所述积分电容C充电，充电电压为V
BIAS
；步骤四：所述电流型图像传感器开始工作，两个读出电路输出的像素电流相减后得到的电流差再对所述积分电容C充电；步骤五：充电后所述积分电容C极板电压输入所述比较器的输入端，比较电压V
BIAS
‑
T
输入比较器的另一个输入端，比较器输出比较结果。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞致国，管其冬，顾晓峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：