CN109120868A - 超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，包括若干个像素单元形成的矩形阵列，且每行像素单元均通过行控制信号线连接，若干个行控制信号线的左右两侧输入端分别共用一个时钟树，同侧的每个时钟树共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的缓冲链的输入端均连接有时序校准单元，输出端均连接有相位比较单元，且同侧的相位比较单元与时序校准单元相连接，每个时序校准单元和相位比较单元均与行控制信号输入端连接，解决了超大面阵像素单元左右两侧驱动不同步的问题，本发明的驱动方法通过分别比较左右两侧驱动信号的反馈与原始信号的比较，同时进行一定的相位设置，确保了两侧驱动时序的一致性。

Description

超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统及驱动方法
技术领域
本发明属于超大面阵图像传感器技术领域，具体涉及超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，本发明还涉及采用该同步驱动系统对超大面阵图像传感器进行同步驱动的方法。
背景技术
CMOS图像传感器是一种可以与当前标准CMOS工艺兼容的光电探测器件，由于CMOS工艺的特点与广泛应用，CMOS图像传感器可以为图像处理系统提供更复杂的集成度、更高的性能、更小的面积和更低的功耗。随着CMOS标准工艺与拼接工艺的完美结合，使得单片超大面阵CMOS图像传感器在具有了制造上的优势。
随着CMOS图像传感器的面阵规模不断增大，感光单元的驱动信号线长度随之增大，且由于面阵的特殊性，无法在中间增加缓冲器，因此，超大面阵CMOS图像传感器的像素单元的快速驱动成为制约帧频的关键因素之一，其中比较有效的方法是通过两侧驱动方式，可以极大的缓解这一问题。但是在超大面阵的情况下，两侧驱动存在相位的非一致性问题，即驱动不同步，损失了光电信号的有效建立时间，而且由于拼接工艺对电路设计的复用性设计要求，使得传统的时钟树等技术无法直接采用，因此，必须研究基于拼接工艺的超大面阵自适应同步驱动机制。
发明内容
本发明的目的是提供超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，解决了超大面阵像素单元左右两侧驱动不同步的问题。
本发明的另一个目的是提供超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法。
本发明所采用的一个技术方案是，超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，包括若干个像素单元形成的矩形阵列，且每行所述像素单元均通过行控制信号线连接，若干个行控制信号线的左右两侧输入端分别共用一个时钟树，同侧的每个时钟树共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的缓冲链的输入端均连接有时序校准单元，输出端均连接有相位比较单元，且同侧的相位比较单元与时序校准单元相连接，每个时序校准单元和相位比较单元均与行控制信号输入端连接。
本发明的特点还在于：
每个缓冲链均包括正向缓冲链和反向缓冲链，时序校准单元与正向缓冲链的输入端连接，相位比较单元与反向缓冲链的输出端连接。
两个相位比较单元采用延迟锁相环。
本发明所采用的另一个技术方案是，超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法，该驱动方法采用超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，包括若干个像素单元形成的矩形阵列，且每行像素单元均通过行控制信号线连接，每个行控制信号线的左右两侧输入端分别连接有时钟树，同侧的每个时钟树共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的缓冲链的输入端均连接有时序校准单元，输出端均连接有相位比较单元，且同侧的相位比较单元与时序校准单元相连接，每个时序校准单元和相位比较单元均与行控制信号输入端连接；每个缓冲链均包括正向缓冲链和反向缓冲链，时序校准单元与正向缓冲链的输入端连接，相位比较单元与反向缓冲链的输出端连接；
具体按照如下步骤实施：
步骤1、全局控制器发出行控制信号，通过行控制信号输入端依次进入左右两侧的时序校准单元、正向缓冲链及反向缓冲链后，通过相位比较单元与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤2、经步骤1后，当两侧的行控制信号的时序不一致时，行控制信号经相位比较单元后继续进入两侧的时序校准单元、正向缓冲链及反向缓冲链，通过相位比较单元与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤3、经步骤2后，当两侧的行控制信号的时序一致时，行控制信号经相位比较单元后，通过时序校准单元及正向缓冲链进入时钟树，行控制信号通过两侧的时钟树进入行控制信号线；当两侧的行控制信号的时序不一致时，重复执行步骤2和步骤3。
本发明的特点还在于：
相位比较单元采用延迟锁相环。
本发明的有益效果是，
本发明的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，一方面采用双侧驱动提升驱动效率，另一方面，通过分别对驱动链与原始时钟的相位比较，对两侧的时钟或控制信号进行自适应相位校准，实现超长距离双侧驱动时序的同步性，本发明不仅可以应用于常规的大面阵CMOS图像传感器，也可以应用于基于拼接工艺技术的超大规模CMOS图像传感器，为CMOS图像传感器的阵列规模不断增大提供了解决方案。
本发明的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法，通过分别比较左右两侧驱动信号的反馈与原始信号的比较，同时进行一定的相位设置，确保了两侧驱动时序的一致性，也可以应用到基于拼接工艺技术的重复性设计中，解决了超大面阵CMOS图像传感器面阵规模不断增大与像素单元双侧驱动之间的矛盾问题。
附图说明
图1是一种传统的CMOS图像传感器的驱动机制；
图2是本发明超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统的结构示意图。
图中，1.像素单元，2.行控制信号，3.时钟树，4.时序校准单元，5.相位比较单元，6.行控制信号输入端，7.正向缓冲链，8.反向缓冲链。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1为一种传统的CMOS图像传感器的驱动机制，其中输入控制信号分别通过相同的路径输送到面阵的左右两侧，主要是通过相同路径上的匹配性。对于超大面阵而言，存在两个问题：一是超大面积的拼接工艺使得无法采用匹配性设计，致使输入的控制信号在进入左右两侧的驱动链前，无法形成时钟树结构；二是超长走线的寄生与时序匹配存在一定误差，无法实现自适应的校正机制。
针对以上问题，本发明公开了超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，如图2所示，具体包括若干个像素单元1形成的矩形阵列，且每行像素单元1均通过行控制信号线2连接，若干个行控制信号线2的左右两侧输入端分别共用一个时钟树3，同侧的每个时钟树3共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的缓冲链的输入端均连接有时序校准单元4，输出端均连接有相位比较单元5，且同侧的相位比较单元5与时序校准单元4相连接，每个时序校准单元4和相位比较单元5均与行控制信号输入端6连接。
每个缓冲链均包括正向缓冲链7和反向缓冲链8，时序校准单元4与正向缓冲链7的输入端连接，相位比较单元5与反向缓冲链8的输出端连接。
两个所述相位比较单元5采用延迟锁相环，通过延迟锁相环比较相位的结果调整相位校准单元，使得左右两侧的驱动时序一致。
行控制信号输入端6输入的行控制信号为原始输入，为了示意方便，将行控制信号输入端6放在了面阵下方的中间位置，实际中为了符合拼接工艺对电路设计的要求，可以将行控制信号输入端6和右侧的相位比较单元5以及时序校准单元4统一放在左侧，此类情况也属于本发明的内容。
为了确保到达像素单元1的行控制信号线2的实际信号左右两侧保持相位一致，在控制信号到达左右两侧的时钟树3之前，先进行相位的校准；左侧驱动信号经过左侧的正向缓冲链7与反向缓冲链8反馈回来后与原始输入信号进行相位比较，右侧驱动信号也经过右侧的正向缓冲链7与反向缓冲链8反馈回来后与原始输入信号进行相位比较，由于左右两侧均与原始信号进行比较，因此可以通过时序校准单元4使得实际到达左右两侧的行控制信号保持相位一致，达到了左右两侧自适应同步驱动的效果。
本发明的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法，该驱动方法采用上述超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统；
具体按照如下步骤实施：
步骤1、全局控制器发出行控制信号，通过行控制信号输入端6依次进入左右两侧的时序校准单元4、正向缓冲链7及反向缓冲链8后，在相位比较单元5与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤2、经步骤1后，当两侧的行控制信号的时序不一致时，行控制信号经相位比较单元5后继续进入两侧的时序校准单元4、正向缓冲链7及反向缓冲链8，通过相位比较单元5与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤3、经步骤2后，当两侧的行控制信号的时序一致时，行控制信号经相位比较单元5后，通过时序校准单元4及正向缓冲链7进入时钟树3，行控制信号通过两侧的时钟树3进入行控制信号线2；当两侧的行控制信号的时序不一致时，重复执行步骤2和步骤3。
相位比较单元5采用延迟锁相环。
行驱动电路采用双侧驱动技术，该双侧驱动链即时钟树3两侧的正向缓冲链7、反向缓冲链8、时序校准单元4及相位比较单元5，通过左右两侧延迟相位的区别，分别配置时序校准单元4与相位比较单元5，使得实际到达左右两侧驱动链下端口处的相位一致，而从下方到上方的驱动过程主要通过时钟树3完成。因为行方向上可以设计为完全相同的区域，且各区域内部可以实现时钟树3，因此，实际中主要的误差主要是从原始控制信号的发出到行方向上的入口处的相位一致性。通过时序校准单元4使得两侧总的延迟保持一致，通过两侧下端口处时序相位的保证和行上时钟树3的分布，结合行方向上的一致性，最终使得行驱动信号实际到达行控制信号线2两侧的时序保持一致。
双侧驱动电路具有独立的相位比较单元5与时序校准单元4。其中相位比较单元5比较的是原始的行时钟信号与经过正向缓冲链7和反向缓冲链8反馈回来的行时钟信号，且正向缓冲链7和反向缓冲链8采用相同的布局，以确保正向缓冲链7和反向缓冲链8的相位延迟一致。
两侧的相位比较单元5所设置的延迟参数一致，使最终双侧驱动链送到每一行的行时钟信号基本一致。两侧的行时钟信号在送到每一行的过程中，根据行方向的区域划分，在各区域之间需要增加驱动链即本发明的时钟树3两侧的正向缓冲链7、反向缓冲链8、时序校准单元4及相位比较单元5。在每个区域内部，送到每一行的时钟信号采用时钟树3布局方式，使驱动链公共节点到相对应的每一行像素的行驱动信号保持一致。
实例中通过延迟锁相环1来判断经过左侧路径和行缓冲链上的总相位延迟与原始相位的关系，然后通过时序校准1调整左侧路径上的相位延迟信息，使得总相位延迟发生变化；同时，通过延迟锁相环2来判断经过右侧路径和行缓冲链上的总相位延迟与原始相位的关系，然后通过时序校准2调整右侧路径上的相位延迟信息，使得总相位延迟发生变化；最终通过比较左右两侧的相位延迟信息，使得左右两侧的相位延迟保持一致。

Claims (5)

1.超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，其特征在于，包括若干个像素单元(1)形成的矩形阵列，且每行所述像素单元(1)均通过行控制信号线(2)连接，若干个所述行控制信号线(2)的左右两侧输入端分别共用一个时钟树(3)，同侧的每个所述时钟树(3)共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的所述缓冲链的输入端均连接有时序校准单元(4)，输出端均连接有相位比较单元(5)，且同侧的相位比较单元(5)与时序校准单元(4)相连接，每个所述时序校准单元(4)和相位比较单元(5)均与行控制信号输入端(6)连接。
2.如权利要求1所述的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，其特征在于，每个所述缓冲链均包括正向缓冲链(7)和反向缓冲链(8)，所述时序校准单元(4)与正向缓冲链(7)的输入端连接，所述相位比较单元(5)与反向缓冲链(8)的输出端连接。
3.如权利要求1所述的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，其特征在于，两个所述相位比较单元(5)采用延迟锁相环。
4.超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法，其特征在于，该驱动方法采用超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统，包括若干个像素单元(1)形成的矩形阵列，且每行所述像素单元(1)均通过行控制信号线(2)连接，每个所述行控制信号线(2)的左右两侧输入端分别连接有时钟树(3)，同侧的每个所述时钟树(3)共同竖直连接有缓冲链，左右两侧的所述缓冲链的输入端均连接有时序校准单元(4)，输出端均连接有相位比较单元(5)，且同侧的相位比较单元(5)与时序校准单元(4)相连接，每个所述时序校准单元(4)和相位比较单元(5)均与行控制信号输入端(6)连接；每个所述缓冲链均包括正向缓冲链(7)和反向缓冲链(8)，所述时序校准单元(4)与正向缓冲链(7)的输入端连接，所述相位比较单元(5)与反向缓冲链(8)的输出端连接；
具体按照如下步骤实施：
步骤1、全局控制器发出行控制信号，通过行控制信号输入端(6)依次进入左右两侧的时序校准单元(4)、正向缓冲链(7)及反向缓冲链(8)后，通过相位比较单元(5)与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤2、经步骤1后，当两侧的行控制信号的时序不一致时，行控制信号经相位比较单元(5)后继续进入两侧的时序校准单元(4)、正向缓冲链(7)及反向缓冲链(8)，通过相位比较单元(5)与原始信号进行比较，确定左右两侧路径上延迟的相位；
步骤3、经步骤2后，当两侧的行控制信号的时序一致时，行控制信号经相位比较单元(5)后，通过时序校准单元(4)及正向缓冲链(7)进入时钟树(3)，所述行控制信号通过两侧的时钟树(3)进入行控制信号线(2)；当两侧的行控制信号的时序不一致时，重复执行步骤2和步骤3。
5.如权利要求4所述的超大面阵图像传感器的自适应同步驱动方法，其特征在于，所述相位比较单元(5)采用延迟锁相环。
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