一种低功耗图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及图像传感技术领域，公开了一种低功耗图像传感器，包括像素阵列、动态监测模块、动态监测用时序控制模块、行选择模块、时序控制模块。像素阵列将光信号转换为电压信号输出；动态监测模块根据动态监测用时序控制信号对电压信号进行处理，输出模式切换使能信号；动态监测用时序控制模块根据模式切换使能信号，分别输出动态监测用时序控制信号、动态监测用像素驱动控制信号和图像传感器使能信号；行选择模块根据动态监测用像素驱动控制信号输出动态监测用像素控制信号；时序控制模块根据图像传感器使能信号控制图像传感器在监测到画面变化时进入正常工作模式，当画面静止时控制图像传感器进入超低功耗模式，从而降低设备功耗。备功耗。备功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗图像传感器


[0001]本专利技术涉及图像传感
，具体而言，涉及一种低功耗图像传感器。

技术介绍

[0002]随着物联网时代的到来，图像传感器(简称CIS：CMOS Image Sensor)的应用范围越来越广泛，其中也产生了很多新的应用场景，对运动物体的监测和低功耗是其中的两个重要研究方向。与传统的应用场景不同，近年来兴起的物联网和智能安防等领域更多地采用电池供电的模式，因此所使用传感器的功耗很大程度上决定了设备的待机时间以及使用体验。
[0003]传统的图像传感器的工作模式相对单一。正常工作模式下，图像传感器长时间处于高分辨率高帧率的高功耗工作模式，这对于电量有限的电池供电的情况下，其续航时间往往非常有限，这一特性很大程度限制了传统图像传感器在某些低功耗领域的应用。例如，可视门铃以及没有电源布线条件的户外监控和行车记录仪等应用场景，画面经常是长时间处于静止状态，传统图像传感器即使在静止画面下仍然会进行正常的画面采样输出等工作，但是由于画面持续不变，这种功耗往往是徒劳的，同时也会消耗大量的数据量，对于数据存储空间和数据传输资源都造成很大的浪费。
[0004]关于画面变化的判断及识别方面，现有的常规方法是通过后端数字信号处理单元或者外置图像处理器，利用算法来分析画面状态的方式实现画面变化的判断，往往需要比较复杂的数字逻辑以及更多的存储单元来实现，从而导致芯片面积更大，功耗也更大。
[0005]另外一方面，基于对运动物体的监测需求，近年来图像传感器领域也开始研究基于仿生原理设计的动态视觉传感器(简称DVS：Dynamic Vision Sensor)，此类图像传感器的主要工作原理是基于连续地对环境光进行采样比较，仅在前后光强度变化并超过一定阈值后才会产生事件脉冲，而与光强度绝对值没有关系；同时，其仅仅输出画面视场内像素信号有无变化的状态判断信号，对于画面没有变化的场景则不产生任何输出。基于此特性，使得其具有输出数据量小，大大减小了数字图像处理中对于画面变化判断过程的存储和运算规模的要求，同时实时性也得到了显著提高。
[0006]但是，目前的动态视觉传感器DVS也存在以下主要问题，导致实际应用难以落地。一是由于传统的DVS为了实现全像素的并发性，每个像素单元都集成了差分电路和比较电路，导致单个像素单元的电路十分复杂，单个像素单元面积非常大(普遍大于10um*10um)，造价昂贵，而且难以做到高分辨率集成；二是由于DVS无法输出图像数据，实际应用中几乎都需要结合CIS组成双摄系统配合使用，其空间位置的配准和对齐需要通过复杂双目光学镜头等方式才能实现。
[0007]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种低功耗图像传感器，解决现有的图像传感器功耗大的
问题。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]提供一种低功耗图像传感器，包括
[0011]像素阵列，像素阵列包含多个动态监测用像素单元，动态监测用像素单元用于根据行选择模块输出的动态监测用像素控制信号采集拍摄对象的光信号，将光信号转换为电压信号VDVS后输出至动态监测模块；
[0012]动态监测模块，用于根据动态监测用时序控制模块输出的动态监测用时序控制信号C1对电压信号VDVS进行处理，输出模式切换使能信号LP_EN至动态监测用时序控制模块；
[0013]动态监测用时序控制模块，用于根据基准低速时钟CK0和模式切换使能信号LP_EN向动态监测模块输出动态监测用时序控制信号C1，向行选择模块输出动态监测用像素驱动控制信号，以及向时序控制模块输出图像传感器使能信号CIS_EN；
[0014]行选择模块，用于根据动态监测用像素驱动控制信号向像素阵列输出动态监测用像素控制信号；
[0015]时序控制模块，用于根据图像传感器使能信号CIS_EN对图像传感器的工作模式进行切换；图像传感器的工作模式包括正常工作模式和低功耗工作模式。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：对现有图像传感器进行改进，在图像传感器内增加动态监测模块来实现对拍摄画面的变化状态进行判断，并根据画面变化状态对图像传感器的工作模式进行切换，实现在画面静止场景下可以进入超低功耗的动态监测模式，当监测到有画面变化的情况后，及时切换到正常工作模式，从而降低设备功耗，大幅延长设备工作时长。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例提供的低功耗图像传感器的整体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的像素阵列结构示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的CIS像素结构示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的包含动态监测用像素D的像素阵列分别与行选择模块、动态监测模块和列ADC的连接关系示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的对数型光电转换像素结构示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的动态监测单元整体结构示意图；
[0024]图7为本专利技术实施例提供的减法器电路和比较器电路内部结构及二者连接关系示意图；
[0025]图8为本专利技术实施例提供的选择动态监测用像素结构A情况下减法器电路及比较器电路的工作时序图；
[0026]图9为本专利技术实施例提供的选择动态监测用像素结构B情况下减法器电路及比较器电路的工作时序图；
[0027]图10为本专利技术实施例提供的生成减法器电路基准电压、比较器电路的正阈值电压和负阈值电压的一种可选的电路结构示意图；
[0028]图11为本专利技术实施例提供的生成减法器电路基准电压、比较器电路的正阈值电压和负阈值电压的流程图；
[0029]图12为本专利技术实施例提供的差分判断电路结构示意图；
[0030]图13为本专利技术实施例提供的活跃度判断电路的电路结构示意图；
[0031]图14为本专利技术实施例提供的行状态判断电路及活跃度判断电路的工作时序图；
[0032]图15为本专利技术实施例提供的动态监测用时序控制模块整体结构及工作原理示意图；
[0033]图16为本专利技术实施例提供的行选择模块结构的局部示意图；
[0034]图17为本专利技术实施例提供的画面变化前后全像素图像的帧数据和动态监测像素图像的帧数据对比图。
[0035]附图中标记及对应的零部件名称：
[0036]1‑
像素阵列，2
‑
动态监测模块，3
‑
动态监测用时序控制模块，4
‑
行选择模块，5
‑
时序控制模块，6
‑
列ADC，7...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗图像传感器，其特征在于，包括像素阵列(1)，像素阵列(1)包含多个动态监测用像素单元，动态监测用像素单元用于根据行选择模块(4)输出的动态监测用像素控制信号采集拍摄对象的光信号，将光信号转换为电压信号VDVS后输出至动态监测模块(2)；动态监测模块(2)，用于根据动态监测用时序控制模块(3)输出的动态监测用时序控制信号C1对电压信号VDVS进行处理，输出模式切换使能信号LP_EN至动态监测用时序控制模块(3)；动态监测用时序控制模块(3)，用于根据基准低速时钟CK0和模式切换使能信号LP_EN向动态监测模块(2)输出动态监测用时序控制信号C1，向行选择模块(4)输出动态监测用像素驱动控制信号，以及向时序控制模块(5)输出图像传感器使能信号CIS_EN；行选择模块(4)，用于根据动态监测用像素驱动控制信号向像素阵列(1)输出动态监测用像素控制信号；时序控制模块(5)，用于根据图像传感器使能信号CIS_EN对图像传感器的工作模式进行切换；图像传感器的工作模式包括正常工作模式和低功耗工作模式。2.根据权利要求1所述的一种低功耗图像传感器，其特征在于，像素阵列(1)基于RGGB拜耳阵列；像素阵列(1)包括多个像素区块(11)；每一个像素区块(11)的规模为m
×
m；每一个像素区块(11)的其中一个G像素的位置为一个动态监测用像素D，动态监测用像素D为白色像素。3.根据权利要求2所述的一种低功耗图像传感器，其特征在于，动态监测用像素D的其中一种结构为动态监测用像素结构A；动态监测用像素结构A包括光电二极管PD、MOS管M0、MOS管M1、MOS管M2和MOS管M3；光电二极管PD的阳极接地，光电二极管PD的阴极连接MOS管M0的源极；MOS管M0的栅极接入动态监测用像素控制信号TX_D
i
，MOS管M0的漏极连接MOS管M2的栅极；MOS管M1的源极连接在MOS管M0的漏极与MOS管M2的栅极之间，MOS管M1的栅极接入动态监测用像素控制信RS_D
i
；MOS管M2的源极连接MOS管M3的漏极，MOS管M3的栅极接入动态监测用像素控制信号SX_D
i
，MOS管M3的源极输出VDVS电压信号；位于同一列的多个动态监测用像素结构A输出的VDVS电压信号通过同一条VDVS信号线输入动态监测模块(2)的输入端；i＝0,2,
…
,R，R表示像素阵列(1)中接收动态监测用像素控制信号的行数。4.根据权利要求3所述的一种低功耗图像传感器，其特征在于，动态监测用像素D的另一种结构为动态监测用像素结构B；动态监测用像素结构B包括对数光电转换部分；对数光电转换部分包括光电二极管PD、反向放大器和MOS管M1；光电二极管PD的阳极接地，光电二极管PD的阴极连接反向放大器的输入端，反向放大器的输出端连接MOS管M1的栅极，MOS管M1的源极连接光电二极管PD的阴极；动态监测用像素结构B还包括源极电压跟随电路缓冲电路部分；源极电压跟随电路缓冲电路部分包括MOS管M2和MOS管M3；MOS管M2的栅极连接到MOS管M1的栅极与反向放大器的输出端之间，MOS管M2的源极连接MOS管M3的漏极，MOS管M3的源极接地，MOS管M3的栅极接入动态监测用像素控制信号SX_D
i
；VDVS电压信号从MOS管M2的源极与MOS管M3的漏极之间输出；位于同一列的多个动态监测用像素结构B输出的VDVS电压信号通过同一条VDVS信号线输入动态监测模块(2)的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗图像传感器，其特征在于，动态监测模块(2)包括多个动态监测单元；每一个动态监测单元包括减法器电路(21)、比较器电路(22)、差分判断电路(23)和活跃度判断电路(24)；减法器电路(21)、比较器电路(22)、差分判断电路(23)和活跃度判断电路(24)顺次连接，减法器电路(21)的输入端接收电压信号VDVS，活跃度判断电路的输出端输出模式切换使能信号LP_EN，减法器电路(21)、比较器电路(22)、差分判断电路(23)和活跃度判断电路(24)分别接入对应的动态监测用时序控制信号C1。6.根据权利要求5所述的一种低功耗图像传感器，其特征在于，减法器电路(21)包括输入缓冲器BUF1、运算放大器OPA1、电容C1、电容C2、开关S1和开关S2；VDVS电压信号通过开关S2进入输入缓冲器BUF1的输入端，输入缓冲器BUF1的输出端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接运算放大器OPA1的反相输入端，运算放大器OPA1的同相输入端接入基准电压VREF，运算放大器OPA1的输出端连接比较器电路(22)的输入端；电容C1的一端连接在电容C2与运算放大器OPA1的反相输入端之间，电容C1的另一端连接在运算放大器OPA1的输出端与比较器电路(22)的输入端之间；开关S1跨接在电容C1的两端；比较器电路(22)包括比较器CM1、比较器CM2、或门OR0和D触发器DFF0；预算放大器OPA1的输出端分别连接比较器CM1的同相输入端和比较器CM2的反相输入端，比较器CM1的反相输入端接收正阈值电压VSPEC1，比较器CM2的同相输入端接收负阈值电压VSPEC2，比较器CM1的输出端连接或门OR0的一个输入端，比较器CM2的输出端连接或门OR0的另一个输入端；或门OR0的输出端连接D触发器DFF0的CLK端，D触发器—DFF0的Q端连接差分判断电路(23)的输入端；比较器CM1、比较器CM2和D触发器DFF0的CLR端均接入比较器使能信号CM...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：创视微电子成都有限公司，
类型：发明
国别省市：