一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器，利用VO2作为莫特忆阻器的阻变层，在可见光与红外光频段具有电压脉冲特性，同时能保证忆阻器具有很好的稳定性，以及脉冲响应，并具有超低工作电压，使其器件在多次循环后内部结构变化相对减小，极大的增强了器件的时间保持性和抗疲劳性。基于VO2的光电莫特忆阻器，组成大规模阵列，构成光感元件层。莫特忆阻器可以将不同波长的光直接转换成电压或电流脉冲信号。后端只需要加一个简单的逻辑电路，直接将光信号转换成数字信号并量化编码输出。不再需要模拟电路以及（数模转换）A/D转换等过程，简化了整体的电路结构。莫特忆阻器单元可以直接输出电压脉冲信号，且不同波段的光波具有不同幅度和频率的电压脉冲信号，再加一个简单的频率计数器TDC直接实现量化编码，等同于传统数模转换ADC功能。基于此将基于VO2的光电莫特忆阻器用于动态视觉传感器设计。大大简化了电路结构，并可以同时做大规模信号处理。并可以同时做大规模信号处理。并可以同时做大规模信号处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器


[0001]本专利技术涉及图像传感器领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器。

技术介绍

[0002]智能化社会的高速发展使得图像传感技术逐渐聚焦于动态场景的感知。为获取更高的时域分辨率，当前主流的 CMOS 图像传感器必须不断提升帧频，从而导致输出数据量激增。但是，动态信息在这些数据中的比例有限，其余绝大部分则是静态冗余。对冗余数据的传输和处理，导致了带宽、存储资源以及功耗的浪费。
[0003]动态视觉传感器是一种基于时间对比的图像传感器。传感器对于同一像素点上的光强信息进行连续检测，当相对变化超过设定的阈值范围时，异步独立地输出该像素点的位置信息和事件属性。该传感器具有生物视觉传感器的特性：稀疏表示、事件形式输出、仅输出光强变化的位置、正负极性信号有各自的输出通道。相比于同步输出模式，异步感知架构采样输出点较少，从源头上减小了数据冗余，同时也降低了后端图像数据处理的压力，提高了视觉系统的实时性。
[0004]忆阻器具有非常简单的金属顶电极
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阻变层
‑
金属底电极三明治立体结构，其阻值在电流由流经的电流或者施加的电压来确定。莫特忆阻器是采用莫特绝缘体材料作为阻变层的忆阻器，是易失性存储器即当外加电流或者电压撤去后，其阻值很快回到初始状态。根据能带理论，莫特绝缘体（如VO2、NbO2、NiO等）是导体，但是实验上在常温、常压下是很好的绝缘体。莫特绝缘体在高温或者高压下，可以由绝缘体状态转换成导体状态。
[0005]利用莫特绝缘体材料作为阻变层，制备出来的莫特忆阻器可以在合适的外加电流或者电压下，持续在高低阻态之间转变，产生振荡输出。莫特忆阻器在适当的条件下，可以直接输出振荡信号，不再需要模拟电路以及（数模转换）A/D转换等过程，简化了整体的电路结构。。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器，包括，信号采集单元、动态监控单元、事件阈值比较单元、信号编码输出单元。
[0007]所述信号采集单元由莫特忆阻器阵列单元组成，用于将光信号转换为电压脉冲信号。
[0008]所述莫特忆阻器由顶电极、中间阻变层，底电极构成；所述顶电极由Pt、Pd、W、Nb、TiN、TaN、ITO、Ag、Au、石墨烯材料中的一种或多种制成的薄膜；所述底电极由Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au材料中的一种或多种制成的薄膜；所述阻变层可以选用VO2薄膜。
[0009]所述动态监控单元由连续型电容放大器或采用鉴相器中的一种组成，主要用于输入电压信号与参考电压信号的比较。
[0010]所述事件阈值比较单元采用两个互斥的比较器 A 和 B，参考电压分别为 Vrefl
和 Vrefh；所述参考电压Vrefl和 Vrefh 分别定义了该事件发生的上下门限。
[0011]所述信号编码输出单元主要包含频率计数器TDC和存储器；所述计数器TDC包含N路TDC，可以对N路信号做同时处理；所述存储器，包括多组存储单元，每个存储单元包含一个阻变式存储器。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的基于莫特忆阻器的动态视觉图像传感器架构示意图。
[0013]图2为本专利技术的莫特忆阻器阵列结构示意图。
[0014]图3为本专利技术的莫特忆阻器结构示意图。
实施方式
[0015]下面结合附图，通过具体实例，进一步阐述本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0016]图1所示为本专利技术的基于莫特忆阻器的动态视觉图像传感器架构，给出了一种能够保持信号时域连续性，并同时完成动态信息事件化的动态视觉传感器电路结构，主要包含信号采集单元、动态监控单元，事件阈值比较单元，以及信号编码输出单元。
[0017]信号采集单元用于将光信号转换为电压信号，主要包含n
×
m个莫特忆阻器单元，如图2所示，其中，所述n为行数，m为列数。
[0018]所述莫特忆阻器由顶电极11、中间阻变层12，底电极构成13，中间阻变层采用VO2薄膜材料。
[0019]动态监控单元基于连续型电容放大器设计，以开关 S 确定电路直流工作点，其中放大器 A1 的正端施加参考电压 Vref。
[0020]事件阈值比较单元采用了两个互斥的比较器 A 和 B，参考电压分别为 Vrefl和 Vrefh，Vrefl和 Vrefh 分别定义了该事件发生的上下门限。
[0021]信号编码输出单元主要包含频率计数器TDC和存储器，其中计数器TDC包含N路TDC，可以对N路信号做同时处理。存储器，包括多组存储单元，每个存储单元包含一个阻变式存储器。
[0022]整个系统工作流程如下：基于VO2的莫特忆阻将光信号直接转变成电压脉冲信号Vin，在初始时刻 t1 开关 S 闭合，输出电压 Vdiff 与浮空节点电压 Vfloat 均等于参考电压 Vref，比较器 A输出端电压为低电平，而比较器B输出为高电平，此时称为复位状态。S 断开后，动态监控模块进入监测状态。随着输入信号 Vin 发生变化，在 t2 时刻，比较器A的输出端电压 Von 将从低电平跳变至高电平，而比较器B 输出端电压Voff 保持高电平，此时称为产生了一个 ON 事件。
[0023]在 Vdiff 达到 上下事件阈值电压差值时，Voff 将从高电平跳变至低电平，而 Von 保持低电平，此时称为产生 了一个 OFF 事件。在事件产生并读出后，逻辑控制模块产生有效的复位信号， 使得开关 S 闭合，动态监测模块重新进入复位状态，消除事件。在事件消除后， 复位信号无效化，S 断开，电路进入到下一个事件探测周期当中。动态信息均被完整保留并编码。若产生了事件，则向读出电路请求访问输出通道，并在输出后将事件复位；若未产生事件， 则继续维持正常工作状态直至事件产生。当莫特忆阻器阵列中多个单
元触发了事件阈值，则需要同时输出事件信号，这里将传感器前一帧的数据直接存储到存储器阵列中，再从存储单元器慢慢输出而无需花费较长时间从模数转换单元依次串行输出信号，从而可以及时进行下一帧的曝光、信号读取等操作，提高了帧率。具有最快的响应速度，可以在极短时间内提供原始数据输出，因此跟踪快速移动物体的能力卓越。
[0024]传统后端数模转换AD转换器只能是列并行ADC或单独一个AD处理芯片，电路的尺寸规模非常大，因为芯片面积有限且对功耗有严格限制，很难做大规模阵列（数模转换）AD电路，但是莫特器件具有非常简单的顶电极
‑
阻变层
‑
底电极三维立体结构，可以做成阵列或堆叠结构，尺寸单元又非常小，可以做大规模阵列，一次性处理，在体积上优势非常明显。这种立体结构，可以通过硅通孔技术垂直互连，减小互联长度,减小信号延迟,降低电容/ 电感,实现芯片间的低功耗和器件集成小型化。
[0025]为避免图像传感过程中产生过量的数据，仿生视觉传感器绝大多数都采用了类似动作电位的脉冲式信号作为输出，每个输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器，其特征在于，包括，信号采集单元、动态监控单元、事件阈值比较单元、信号编码输出单元。2.根据权利要求1所述一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器，其特征在于，所述信号采集单元由莫特忆阻器阵列单元组成，用于将光信号转换为电压脉冲信号。3.根据权利要求1所述一种基于忆阻器的动态视觉图像传感器，其特征在于，所述莫特忆阻器由顶电极、中间阻变层，底电极构成；所述顶电极由Pt、Pd、W、Nb、TiN、TaN、ITO、Ag、Au、石墨烯材料中的一种或多种制成的薄膜；所述底电极由Pt、W、TiN、Pd、Ag、Au材料中的一种或多种制成的薄膜；所述阻变层可以选用VO2薄膜。4.根据权利要求1所述一种基于忆阻器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：陕西格芯国微半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：