CN110089107B - 用于检测时间相关的视觉数据的像素电路 - Google Patents

Abstract

用于检测时间相关的视觉数据的像素电路包括检测光强度并生成表示检测到的光强度的信号的光感测装置。像素电路还包括：‑电压放大器(3)，被配置为放大表示检测到的光强度的信号(V_ph)并生成放大信号(V_o)，该放大信号通过考虑控制信号(V_qDc)而生成，该控制信号(V_qDc)移位所述电压放大器的输入电压偏移；‑滞后比较模块(4)，被配置为将放大信号与至少一个阈值(θo+、θo‑)并与参考值(V_ref)进行比较，并基于所述比较生成至少一个输出信号(V_o+、V_o‑；V_o1+、V_o1‑)；以及‑反馈控制模块，被配置为基于由所述滞后比较模块生成的所述至少一个输出信号生成所述电压放大器的所述控制信号。

Description

用于检测时间相关的视觉数据的像素电路

技术领域

本发明涉及一种用于检测时间相关的视觉数据的像素电路，该像素电路包括光感测装置。

它还涉及包括多个像素电路的视觉传感器。

背景技术

在图像或视频处理系统中，图像传感器获取视觉信息，该视觉信息被处理以便重建图像。

经典图像或视频处理系统包括光传感器的阵列或光阵列，阵列的每个光传感器获取帧的每个像素的视觉信息。

在更适合于实时人工视觉的其它图像或视频处理系统中，仅处理表示视觉信息相对于先前获取的视觉信息的改变的数据。可以注意到，在这种图像或视频处理系统中使用的传感器不提供图像或帧，并且在文献中称为无帧视觉传感器。

文献WO2006/128315描述了一种用于检测时间相关的视觉数据的光阵列。光阵列包括单元阵列或像素电路，每个单元包括光传感器，该光传感器生成表示单元处的光强度的信号。单元仅当光电传感器检测到的光强度发生改变时生成要处理的输出数据。

特别是，为了确定是否发生了光强度的改变，将表示单元处的光强度的信号馈送到开关电容器放大器，将开关电容器放大器的输出处的电压馈送到阈值检测器。阈值检测器仅在其输入处的电压超过阈值时生成输出信号或像素事件。因此，在那种情况下，阈值检测器以输出信号形式生成事件。

一旦生成输出信号(或像素事件)，就将其发送到外围通信电路。在将来自不同像素电路的信号仲裁之后，这些外围通信电路将确认信号发送回像素电路。像素电路使用确认信号来重置像素电路，从而使其准备用于新的事件周期，即，检测新事件并生成表示单元处的光强度的新改变的新输出信号(或像素事件)。

更详细地，开关电容器放大器包括两个电容器，这两个电容器根据表示由光传感器生成的单元处的光强度的信号而充电。在检测到事件之后，借助于重置信号使电容器中的一个放电，以便重置单元，使得可以检测光强度的下一个改变或事件。

即使这种单元或像素电路的性能良好，但是也需要来自外围通信电路的确认信号用于重置像素电路，并且等待这种信号的接收会在重置像素电路时产生延迟。因此，从生成输出信号的瞬间到像素电路被重置的瞬间，一些信息可能丢失。另外，等待确认信号引入的延迟可能取决于外围通信电路中的数据量或业务量而不同。

发明内容

本发明旨在提供一种像素电路，使得可以改善光强度的连续改变的检测。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于检测时间相关的视觉数据的像素电路，该像素电路包括检测光强度并生成表示检测到的光强度的信号的光感测装置。

根据本发明，像素电路还包括：

-电压放大器，被配置为放大表示检测到的光强度的信号并生成放大信号，该放大信号通过考虑移位所述电压放大器的输入电压偏移的控制信号而生成，

-滞后比较模块，被配置为将放大信号与至少一个阈值并与参考值进行比较，并基于所述比较生成至少一个输出信号，以及

-反馈控制模块，被配置为基于由所述滞后比较模块生成的所述至少一个输出信号生成所述电压放大器的所述控制信号。

因此，电压放大器、滞后比较模块和反馈控制模块以这样的方式操作，即由反馈控制模块生成的控制信号对电压放大器的输入电压偏移有影响。因此，输入电压偏移被修改，即增大或减小，并且电压放大器的输出处的放大信号被修改(减小或增大)。

因此，由反馈控制模块生成的电压放大器的控制信号影响放大信号的电平。

因此，放大信号的电平可以由像素电路本身控制，而不需要任何外部电路。

结果，可以重置像素电路而没有外部电路引入的补充延迟，并且像素电路很快就准备好检测新事件而不会丢失信息。

根据一个特征，滞后比较模块被配置为如果所述放大信号超过所述至少一个阈值(θo+或θο-)，则将所述至少一个输出设置为活动状态(‘电荷上升’或‘电荷下降’)。

因此，当光强度使得放大信号超过至少一个阈值时，在活动状态下生成至少一个输出。

根据另一个特征，当所述至少一个输出处于活动状态时，反馈控制模块被配置为修改所述控制信号，使得放大信号达到参考值。

因此，当在活动状态下生成至少一个输出时，控制信号被修改。

因此，当放大信号超过至少一个阈值时，控制信号由滞后比较模块和反馈控制模块生成，使得放大信号增大或减小，直到达到例如0之类的参考电平为止。此时的像素电路可以被认为是重置的并且准备好检测光强度的新改变。

换句话说，一旦检测到事件，即，一旦光强度使得放大信号超过至少一个阈值，则使像素电路返回到初始瞬间(或重置瞬间)，之后它以自主方式准备好检测另一个事件。

根据一个特征，如果放大信号超过第一阈值，或者如果放大信号超过第二阈值，则活动状态是电荷上升状态。

因此，电荷上升状态或电荷下降状态都修改控制信号，使得放大信号分别减小或增大，直到达到例如0之类的参考值为止。

可以注意到，至少一个输出被设置为活动状态，取决于电压放大器的增益，活动状态是电荷上升状态或电荷下降状态。

因此，当电压放大器具有正增益时，如果放大信号超过第一阈值，则活动状态是电荷上升状态，并且当电压放大器具有负增益时，如果放大信号超过第二阈值，则活动状态是电荷下降状态。

根据另一个特征，如果所述放大信号超过第二阈值，或者如果放大信号超过第一阈值，则活动状态是电荷下降状态。

因此，电荷下降状态或电荷上升状态都修改控制信号，使得放大信号分别增大或减小，直到达到例如0之类的参考值。

特别地，当电压放大器具有正增益时，如果放大信号超过第一阈值，则活动状态是电荷下降状态，并且如果电压放大器具有负增益，如果放大信号超过第二阈值，则活动状态是电荷下降状态。

因此，两个活动状态(“电荷上升状态”和“电荷下降状态”)使放大信号达到参考值，即使像素返回到起始瞬间，该起始瞬间也可以称为“重置瞬间”。

根据一个特征，反馈控制模块包括取决于至少一个输出信号充电的电容器，电压放大器的所述控制信号根据所述电容器的电荷而生成。

因此，控制信号的电平取决于电容器的电荷，电压放大器的偏移被移位取决于电容器的电荷的值。

因此，放大器的高增益区域根据基于输出信号的电容器的电荷而被移位。

特别地，当至少一个输出处于活动状态时，电容器被充电(chargedup)或下电(charged down)。

根据一个特征，反馈控制模块包括由至少一个输出信号激活的至少一个电流源，所述电容器由所述至少一个电流源充电。

因此，至少一个输出信号通过激活和去激活至少一个电流源来控制电容器的电荷的增加或减少的速率。

根据一个特征，所述电压放大器包括至少第一晶体管堆叠和第二晶体管堆叠，每个晶体管堆叠由多个二极管连接的晶体管和附加晶体管形成，所述第一晶体管堆叠的附加晶体管接收表示光强度的所述信号，并且放大信号取自所述第二晶体管堆叠的附加晶体管的端子。

可以注意到，电压放大器的电压增益取决于堆叠中的二极管的数量。

根据该实施例，电压放大器的输出处的放大信号被以单端方式取得，以便被发送到滞后比较模块。

通过以单端方式取得输出，放大信号对应于第二晶体管堆叠的附加晶体管的端子处的电压。

根据另一个特征，所述电压放大器包括分别由多个二极管连接的晶体管和附加晶体管形成的多个晶体管堆叠，第一晶体管堆叠的附加晶体管接收表示光强度的所述信号，并且放大信号分别取自第二晶体管堆叠和第三晶体管堆叠的附加晶体管的端子。

根据该实施例，电压放大器的输出处的放大信号被以差分方式取得，以便被发送到滞后比较模块。

通过以差分方式取得输出，放大信号分别对应于第二晶体管堆叠和第三晶体管堆叠的附加晶体管的端子处的电压之间的差。

凭借该特征，电压放大器的有效增益更高。

根据一个特征，光感测装置包括生成电流的光电二极管，以及被配置为将所述电流变换成表示检测到的光强度的所述信号的对数转换器。

根据实施例，滞后比较模块至少包括滞后比较器，至少一个输出信号对应于滞后比较器的输出。

因此，至少一个滞后比较器将放大信号与至少一个阈值进行比较，并且如果放大信号的电平经过阈值，则将至少一个输出信号设置为活动状态。活动状态指示已发生事件，即光强度相对于先前检测到的光强度已改变。

根据另一个实施例，滞后比较模块至少包括滞后比较器和逻辑模块，所述至少一个输出信号对应于所述逻辑模块的输出。

因此，滞后比较模块的输出基于至少一个滞后比较器的输出。

根据一个特征，滞后比较模块包括第一滞后比较器和第二滞后比较器，第一滞后比较器被配置为将放大信号与第一阈值进行比较，并且如果放大信号的电平等于或大于第一阈值，则基于所述比较生成处于活动状态的第一输出信号；第二滞后比较器被配置为将放大信号与第二阈值进行比较，并且如果放大信号的电平等于或低于第二阈值，则生成处于活动状态的第二输出信号。

像素电路检测光强度相对于第一和第二阈值的改变，当放大信号超过两个阈值之一时检测到改变。

因此，当放大信号等于或低于第一阈值以及等于或大于第二阈值时，没有检测到光强度的改变。

根据一个特征，反馈控制模块包括两个电流源，它们分别基于所述第一输出信号和所述第二输出信号被激活。

因此，根据是否检测到相对光强度的改变超过阈值，电流源被激活或不被激活。

根据一个特征，当输出信号处于活动状态时，电流源被激活。

因此，当检测到事件或光强度的相对改变超过阈值时，电流源被激活以逐渐对电容器充电并移位电压放大器的输入偏移。

根据第二方面，本发明涉及一种视觉传感器，包括多个根据本发明的像素电路。

无帧视觉传感器的优点和具体特征与像素电路的优点和具体特征相似。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在以下参考附图的描述中显现，附图以非限制性示例的方式给出，并且其中：

-图1表示根据本发明的像素电路的示意性框图，

-图2表示根据第一实施例的像素电路的示意图，

-图3a和图3b表示根据实施例的对数转换器的示意图，

-图4表示图1和图2的电压放大器的传递函数，以及

-图5a和图5b表示图1和图2的滞后比较器的输出。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的像素电路。

像素电路对应于单元，多个像素电路或单元被分组成阵列或光阵列以形成视觉传感器。

如上所述，根据本发明的像素电路1被配置用于检测时间相关的视觉数据。像素电路1包括检测像素电路1处的光强度的光感测装置2。光感测装置2还生成表示它已检测到的光强度的信号V_ph。

根据实施例，光感测装置2包括生成电流I_ph的光电二极管20。电流I_ph的值是像素电路1处的光强度的函数。

根据所述实施例，光感测装置2包括对数转换器21，对数转换器21被配置为将生成的电流I_ph变换为表示检测到的光强度的信号V_ph。

具体地，对数转换器21将电流I_ph转换为表示检测到的光强度的信号V_ph，该电压信号V_ph的每个值与电流I_ph值的对数成比例。

可以参考图3a和图3b在下面描述对数转换器的电路的示例。

像素电路1还包括电压放大器3。电压放大器3包括输入3a、输出3b和控制输入3c。电压放大器3在其输入3a处接收表示由光感测装置2生成的检测到的光强度的信号V_ph，并在其输出3b处生成放大信号V_o。

电压放大器3在其控制输入3c处接收控制信号V_qDC，该控制信号V_qDC移位所述电压放大器3的输入电压偏移。

通过考虑控制信号V_qDC生成放大信号V_o。

电压放大器3的传递函数由图4表示。该图表示放大器模块3的输入V_ph与输出V_o之间的关系，输出V_o为单输出(V_o,n)或差分输出(V_o,n-V_o,n-1)，n表示放大器模块3的级。

如图4所示，放大器模块3具有高增益的第一区域A和两个饱和区域B、C，第一区域A对应于位于值f(V_qDC)附近的区域，并且两个饱和区域B、C没有任何增益。

控制信号V_qDC的变化沿X轴移位高增益区域A，以便跟踪放大器模块3的输入处的信号V_ph。

输出3b处的放大信号V_o被馈送到滞后比较模块4。

滞后比较模块4被配置用于将放大信号V_o与至少一个阈值θo+、θo-并与例如0之类的参考值V_ref进行比较。滞后比较模块4还被配置用于基于所述比较生成至少一个输出信号V_o1+、V_o1-。

图5a和图5b分别表示根据输入(放大信号V_o)的由图1表示的滞后比较器400、401的输出。

在图5a中，当放大信号V_o达到第一阈值θo+时，输出信号处于一个值，使得控制信号V_qDC增大(当电压放大器3的增益为正时)或减小(当电压放大器3的增益为负时)，使放大信号V_o分别减小或增大，直到它达到参考值V_ref(在本例中为0)为止。

在放大信号V_o达到第一阈值θo+之前，当放大信号V_o在第一阈值θo+与参考值V_ref之间时，输出信号Vo+是固定值并且控制输出V_qDC是稳定的。

在放大信号V_o达到第一阈值θo+之后，当放大信号V_o在第一阈值θo+和参考值V_ref之间时，输出信号Vo+处于活动状态，使V_qDC改变，直到V_o达到参考值为止。

图5b相当于图5a，但涉及滞后比较器401将放大信号V_o与第二阈值θo-进行比较。当放大信号V_o在第二阈值θo-和参考值V_ref之间(在放大信号V_o达到第二阈值θo-之前)时，输出信号Vo+具有固定值并且控制输出V_qDC是稳定的。当放大信号V_o达到第二阈值θo-(当放大信号V_o在第二阈值θo-和参考值V_ref之间)时，输出信号Vo+处于一个值，使得控制信号V_qDC正在减小(当电压放大器3增益为正时)或正在增大(当电压放大器3增益为负时)，并且放大信号分别增大或减小，直到达到参考值V_ref为止。

滞后比较模块4包括比较装置40和逻辑模块41。比较装置40将在其输入40a处的放大信号V_o与至少一个阈值θo+、θo-进行比较，并基于比较结果在其输出40b处生成至少一个中间输出信号V_o+、V_o-。逻辑模块41接收比较装置40的至少一个中间输出信号V_o+、V_o-并生成至少一个输出信号V_o1+、V_o1-。

逻辑模块41还生成至少一个事件信号ev+、ev-，该至少一个事件信号ev+、ev-表示事件已经发生，即，像素电路1处的光强度已经改变了给定的相对量。

将参考图2描述像素电路的功能。

可以注意到，图2表示的图对应于用于实现图1中所示的框图的可能实施例。可以根据其它实施例来实现该框图。

像素电路1还包括被配置用于生成电压放大器3的控制信号V_qDC的反馈控制模块5。

反馈控制模块5在其输入5a处接收至少一个输出信号V_o1+、V_o1-，并在其输出5b处生成控制信号V_qDC。控制信号V_qDC基于由滞后比较模块4生成的至少一个输出信号V_o1+、V_o1-的值以恒定速率改变或者保持恒定。

具体地，生成控制信号V_qDC，使得当放大信号经过至少一个阈值时，V_qDC将例如以恒定速率增大或减小。

可以注意到，当像素电路处的光强度改变超过阈值(即，发生事件)时，放大信号超过阈值。在这种情况下，控制信号V_qDC被修改，使得所述电压放大器3的输入电压偏移被移位，以使放大信号V_o达到例如零之类的参考值。

在该实施例中，控制信号V_qDC以恒定速率被修改。当放大信号V_o达到参考值V_ref时，滞后比较器模块4将其对应的输出V_o+、V_o-；V_o1+、V_o1-设置为非活动状态(称为“保持状态”)。在该非活动状态或保持状态中，控制信号V_qDC保持恒定(直到下一个事件)。

根据实施例，如果放大信号V_o经过所述至少一个阈值，则滞后比较模块4将至少一个输出V_o1+、V_o1-设置为活动状态。

相反，如果放大信号没有经过(即，没有事件发生)至少一个阈值，则在非活动状态下生成至少一个输出V_o1+、V_o1-。

根据实施例，滞后比较模块4被配置用于将放大信号V_o与两个阈值θo+、θo-进行比较。

第一阈值θo+是表示光强度已改变的最小正值。当放大信号V_o经过(即，大于)第一阈值θo+时，滞后比较模块4认为光强度已经改变了预设的相对量。当放大信号V_o的值不超过(即，等于或小于)第一阈值θo+时，滞后比较模块4认为光强度没有改变预设的相对量。

第二阈值θo-是表示光强度已经改变了预设的相对量的最小负值。当放大信号V_o经过、即低于第二阈值θo-时，滞后比较模块4认为光强度已经改变了预设的相对量。当放大信号V_o的值未经过，即，等于或大于第二阈值θo-时，滞后比较模块4认为光强度没有改变预设的相对量。

当然，根据其它实施例，滞后比较模块可以认为当放大信号等于或大于第一阈值或者等于或低于第二阈值时发生了光强度的改变。

可以注意到，根据所述实施例，当光强度相对于先前检测到的光强度增大时，放大信号V_o达到第一阈值θo+。当光强度相对于先前检测到的光强度减小时，放大信号V_o达到第二阈值θo-。

当然，第一阈值θo+和第二阈值θo-可以相反地使用，即第一阈值作为最小正值，而第二阈值作为最小负值。

根据实施例，滞后比较模块4包括第一滞后比较器400，第一滞后比较器400被配置用于将放大信号V_o与第一阈值θo+进行比较，并且如果放大信号的电平等于或大于第一阈值θo+，则基于所述比较生成处于活动状态的第一输出信号V_o1+。

滞后比较模块4还包括第二滞后比较器401，第二滞后比较器401被配置用于将放大信号与第二阈值θο-进行比较，并且如果放大信号的电平等于或低于第二阈值θο-，则生成处于活动状态的第二输出信号V_o1-。

第一滞后比较器400和第二滞后比较器401还将放大信号V_o与例如0之类的参考值V_ref进行比较。

根据所述实施例，反馈控制模块5被配置为当至少一个输出V_o1+、V_o1-处于活动状态时修改控制信号V_qDC。

因此，当事件已经发生时，控制信号V_qDC被修改，使得电压放大器3的偏移被修改，并且放大信号V_o因此被修改，使得其接近例如零之类的参考值V_ref。

反馈控制模块5包括电容器50，电容器50取决于至少一个输出信号V_o1+、V_o1-而被充电。

反馈控制模块5还包括电荷泵装置51，该电荷泵装置51从滞后比较模块4接收至少一个输出信号V_o1+、V_o1-，并根据至少一个输出信号V_o1+、V_o1-的值对电容器50充电。

反馈控制模块5根据电容器50的电荷生成电压放大器3的控制信号V_qDC。

图2示出了根据第一实施例的像素电路1的示意图。

在该图中，更详细地示出了光感测装置2、电压放大器3、滞后比较模块4和反馈控制模块5。

如上所述，光感测装置2包括连接在一起的光电二极管21和对数转换器21。

根据该实施例，光电二极管20连接到对数电压转换器21的输入21a。对数电压转换器21在输出21b处生成表示光强度的信号V_ph。

对数电压转换器21包括并联连接的晶体管210和放大器211。根据所述实施例，晶体管210是PMOS晶体管，其漏极210d和源极210s分别连接到放大器211的输入和输出。偏置电压Vgp1被施加到晶体管210的栅极210g。

这种转换器结构紧凑，且具有最佳的速度响应。

根据其它实施例，对数转换器21的结构可以不同。图3a和图3b表示可以用于根据本发明的像素电路1中的对数电压转换器21’、21”的两个示例。其它对数转换器可以用在像素电路中。

在图3a中，晶体管210’是NMOS晶体管，并且放大器211’连接在栅极210g’和源极210s’之间，对数电压转换器21’的输出在晶体管210’的栅极210g’处取得。

图3b表示对数电压转换器21”的另一个示例。该对数电压转换器21”包括晶体管210”(在该示例中为PMOS晶体管)和如图2中所示的对数电压转换器21中那样连接的放大器211”。另外，图3b中所示的对数电压转换器21”包括级联连接的第二晶体管212”和一组二极管连接的MOS 213”。

在该示例中，第二晶体管212”为PMOS晶体管，其源极212s”连接到第一晶体管210”的源极210s”，并且其漏极212d”连接到所述一组二极管连接的MOS 213”。

在该示例中，所述一组二极管连接的MOS 213”包括三个NMOS晶体管M_n1、M_n2、M_n3，对数电压转换器21”的输出V_ph取自所述一组二极管连接的MOS 213”的第一晶体管M_n1的栅极。

该对数电压转换器21”提供在其输入处施加的信号的更大放大。

返回图2，根据所示实施例的电压放大器3包括多个晶体管堆叠30、31、32。在该示例中，电压放大器3包括三个堆叠。然而，晶体管堆叠的数量可以不同。

每个晶体管堆叠30、31、32由多个二极管连接的晶体管M_pij和附加晶体管M_nij形成，i是表示电压放大器3中的堆叠顺序的索引，并且j是表示堆叠中的晶体管的顺序的索引。

因此，在所示实施例中，第一晶体管堆叠30包括三个二极管连接的晶体管M_p11、M_p12、M_p13和附加晶体管M_n14，第二晶体管堆叠31包括三个二极管连接的晶体管M_p21、M_p22、M_p23和附加晶体管M_n24以及第三晶体管堆叠32包括三个二极管连接的晶体管M_p31、M_p32、M_p33和附加晶体管M_n34。

当然，晶体管堆叠的数量和每个堆叠中的晶体管的数量可以不同。

在所示的示例中，二极管连接的晶体管M_pij是PMOS晶体管并且附加晶体管M_nij是NMOS晶体管。然而，在电压放大器的其它结构中，二极管连接的晶体管可以是PMOS类型，并且附加晶体管是NMOS类型或者所有晶体管可以是PMOS或NMOS。

另外，在该示例中，所有晶体管堆叠的结构是类似的。然而，在其它实施例中(未描述且未示出)，每个堆叠的结构可以是不同的，即，一些堆叠具有与其它堆叠不同的晶体管数量或晶体管类型。

在所示的示例中，表示光强度的信号V_ph被施加到第一晶体管堆叠30的附加晶体管M_n14的栅极。

电压放大器3在其输出处生成放大信号V_o。在该实施例中，在第二晶体管堆叠31和第三晶体管堆叠32的附加晶体管M_n24、M_n34的漏极处差分地取得放大信号V_o。

根据另一个实施例(图中未示出)，电压放大器输出可以是单端的。在这种情况下，在附加晶体管的漏极处取得放大信号。

在所示的示例中，正电源V_DD被施加到晶体管堆叠30、31、32，并且特别地施加到每个晶体管堆叠30、31、32的第一晶体管M_pi1。

在该示例中，电压放大器3a的控制输入3c对应于第一晶体管堆叠30的附加晶体管M_n14的源极。控制信号V_qDC被施加到控制输入3c。

如上所述，控制信号V_qDC移位电压放大器3的输入电压偏移。因此，在输出3b处根据输入3a处的信号(表示检测到的光强度的信号V_ph)和控制输入3c处的控制信号V_qDC生成放大信号V_o。

第二和第三控制堆叠31、32的附加晶体管M_ni4的源极连接到电压V_q。电压V_q是设置到所有像素的公共低阻抗参考电压V_q。

放大信号V_o被施加到滞后比较模块4的输入4a。在该实施例中，滞后比较模块4生成第一输出信号V_o1+和第二输出信号V_o1-。

在所描述的实施例中，滞后比较模块4包括滞后比较器40。滞后比较模块4的输入4a对应于滞后比较器40的输入。

滞后比较器40将放大信号V_o与第一阈值θo+进行比较。基于该比较，滞后比较器40生成第一中间输出信号V_o+。在该实施例中，第一中间输出信号V_o+对应于滞后比较模块4的第一输出V_o1+。

滞后比较器40还将放大信号V_o与第二阈值θo-进行比较。基于该比较，滞后比较器40生成第二中间输出信号V_o-。在该实施例中，第二中间输出信号V_o-对应于滞后比较模块4的第二输出V_o1-。

如果放大信号的电平等于或大于第一阈值θo+，则滞后比较器40将第一输出信号V_o+(或第一中间输出信号V_o1+)设置为活动状态。

另外，如果放大信号的电平等于或低于第二阈值θo-，则滞后比较器40将第二输出信号V_o-(或第二中间输出信号V_o1-)设置为活动状态。

可以注意到，滞后比较器40相当于如图1中所示的两个滞后比较器400、401。

根据所述实施例，滞后比较模块4还包括逻辑模块41。逻辑模块41包括两个输入41a、41b和两个输出41c、41d。

滞后比较器40的第一中间输出V_o1+和第二中间输出信号V_o1-(在本实施例中分别对应于滞后比较模块4的第一输出V_o+和第二输出V_o-)被分别施加于逻辑模块41的第一输入41a和第二输入41b。如果第一输出信号V_o+处于活动状态，则逻辑模块41生成第一事件信号ev+，并且如果第二输出信号V_o-处于活动状态，则逻辑模块41生成第二事件信号ev-。

例如，第一事件信号ev+和第二事件信号ev-是脉冲。因此，当放大信号V_o经过第一阈值θo+或第二阈值θo-时生成脉冲。

第一事件信号ev+和第二事件信号ev-被传送到外围通信电路。

根据另一个实施例(未由图表示)，逻辑模块生成滞后比较模块的第一输出信号和第二输出信号。这些输出信号由逻辑模块基于滞后比较器的输出生成。

根据该实施例的反馈控制模块5包括电荷泵模块51。在所述实施例中，电荷泵模块51包括两个电流源51a、51b。第一电流源51a接收由滞后比较模块4生成的第一输出信号V_o1+。第二电流源51b接收由滞后比较模块4生成的第二输出信号V_o1-。

根据实施例，第一电流源51a包括PMOS晶体管510，并且第二电流源51b包括NMOS晶体管511。

由恒定栅极电压V_pch偏置的PMOS晶体管510由信号Vo1+激活，并且由恒定栅极电压V_nch偏置的NMOS晶体管511由信号Vo1-激活。偏置V_pch和V_nch设置保持电容器50的电荷上升和下降速率。

当然，第一和第二电流源可以包括不同类型的晶体管。或者，它们可以包括执行相同功能的不同结构。

在所述实施例中，第一输出信号V_o1+被施加到PMOS晶体管510的源极510s，并且第二输出信号V_o1-被施加到NMOS晶体管511的源极511s。

PMOS晶体管510的漏极连接到NMOS晶体管511的漏极511d，晶体管510、511的漏极510d、511d连接到电容器50的第一端子50a。电容器50的第二端子50b连接到参考电源电压。

第一电流源51a由第一输出信号V_o1+激活，并且第二电流源51b由第二输出信号V_o1-激活。

因此，当第一输出信号V_o1+处于活动状态时，第一电流源51a被激活。

类似地，当第二输出信号V_o1-处于活动状态时，第二电流源51b被激活。

由保持电容器50存储的电压取决于来自滞后比较模块4的输出信号V_o1+、V_o1-的状态。

电容器50由电流源51a、51b中的一个充电或下电。

当输出信号V_o1+、V_o1-中的任一个的状态是保持状态时，保持电容器50中的电压维持恒定。当状态是电荷上升状态时，保持电容器50中的电压例如以恒定速率增大。通过来自第一电流源51a的正充电电流对保持电容器50充电。当状态是电荷下降状态时，通过来自第二电流源51b的负电流对保持电容器50放电。

可以注意到，如果放大信号V_o没有经过阈值θo+、θo-中的一个，则输出信号处于保持状态。

如果光增加使得达到第一θo+，则第一电流源50a被激活(电荷上升状态)，使得保持电容器中的电压(VqDC)以恒定速度增大。这将使放大信号V_o向下，直到达到参考值(V_ref)为止。此时，返回‘保持状态’。当光减少时发生对称行为，使输出信号处于电荷下降状态。

反馈控制模块5还包括连接在电容器50和输出5c之间的放大器52，输出5c生成电压放大器3的控制信号V_qDC。

当像素电路1已经被重置时，即，当放大信号V_o达到例如0之类的参考值，并且光强度在像素电路1处增大时，表示光强度的信号V_ph增大。

因此，在所述实施例中，滞后比较器40的对应于放大信号V_o的差分输入逐渐减小。如果滞后比较器40的放大信号V_o或差分输入达到第一阈值θo+，则滞后比较器40将第一输出信号V_o1+设置为活动状态。

在所描述的实施例中，放大器模块3具有奇数个二极管堆叠。应当注意，如果放大器级3具有偶数个堆叠，则放大信号将被反转，因为每个堆叠反转电压。

第一输出信号V_o+、V_o1+处于活动状态，第一源51a被激活。在所描述的实施例中，PMOS晶体管510通过电压V_o1+被激活。电容器50被充电并且控制信号V_qDC逐渐增大。

控制信号V_qDC的增大使得电压放大器3的输入DC偏移逐渐增的，这意味着放大信号V_o逐渐减小直到它超过参考值(例如零)为止。此时，滞后比较器40将第一输出信号V_o+设置为低或非活动状态。

可以注意到，当第一输出信号V_o+处于低或非活动状态时，第一源51a不再被激活，并且电容器50维持其电荷电平，直到放大信号V_o达到第一阈值θo+或者第二阈值θο-为止。

如果在像素电路1处光强度减小，则表示光强度的信号V_ph减小。因此，滞后比较器40的差分输入或放大信号V_o逐渐增大。如果滞后比较器40的放大信号V_o或差分输入达到第二阈值θο-，则滞后比较器40将第二输出信号V_o-、V_o1-设置为活动状态。

当第二输出信号V_o-、V_o1-处于活动状态时，第二源51b被激活。在所述实施例中，NMOS晶体管511通过电压V_o1-被激活。因此，电容器50被充电，并且控制信号V_qDC逐渐减小。

减小的控制信号V_qDC使得电压放大器3的输入DC偏移逐渐减小，这意味着放大信号V_o逐渐增大，直到它超过参考值(例如零)为止。此时，滞后比较器40将第二输出信号V_o+设置为低或非活动状态。

可以注意到，当第二输出信号V_o-处于低或非活动状态时，第二源51b不再被激活，并且电容器50维持其电荷电平，直到放大信号V_o达到第一阈值θo+或第二阈值θο-为止。

可以注意到，反馈控制模块5的PMOS 510和NMOS 511晶体管的栅极电压V_pch、V_nch通过可以由多个像素电路共享的偏置电路被设置为预定值。

Claims (13)

1.一种用于检测时间相关的视觉数据的像素电路，包括检测光强度并生成表示检测到的光强度的信号的光感测装置，所述像素电路的特征在于它还包括：

-电压放大器(3)，被配置为放大表示检测到的光强度的信号(V_ph)并生成放大信号(V_o)，所述放大信号通过考虑移位所述电压放大器的输入电压偏移的控制信号(V_qDC)而生成，

-滞后比较模块(4)，被配置为将放大信号(V_o)与至少一个阈值(θo+、θo-)并与参考值(V_ref)进行比较，并基于所述比较生成至少一个输出信号(V_o+、V_o-、V_o1+、V_o1-)，如果放大信号(V_o)变为大于第一阈值(θo+)或者如果放大信号(V_o)变为低于第二阈值(θο-)，则将所述至少一个输出信号设置为活动状态，否则将所述至少一个输出信号设置为非活动状态，其中第一阈值(θo+)是表示光强度已改变的最小正值，第二阈值(θο-)是表示光强度已经改变了预设相对量的最小负值，以及

-反馈控制模块，被配置为基于由所述滞后比较模块生成的所述至少一个输出信号生成所述电压放大器(3)的所述控制信号(V_qDC)，其中，当所述至少一个输出信号处于活动状态时，所述反馈控制模块被配置为使所述控制信号(V_qDC)增加或减小，从而导致所述放大信号相应地减小或增加，直到所述放大信号达到所述参考值(V_ref)，并且当所述至少一个输出信号处于非活动状态时，所述反馈控制模块被配置为使所述控制信号(V_qDC)保持恒定。

2.根据权利要求1所述的像素电路，其中如果所述放大信号(V_o)变为大于第一阈值(θo+)或者如果所述放大信号(V_o)变为低于第二阈值(θο-)，则所述活动状态是使所述控制信号(V_qDC)增加，从而导致所述放大信号减小，直到所述放大信号达到所述参考值(V_ref)的电荷上升状态。

3.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中如果所述放大信号(V_o)变为低于第二阈值(θo-)或者如果所述放大信号(V_o)变为大于第一阈值(θο+)，则所述活动状态是使所述控制信号(V_qDC)减小，从而导致所述放大信号增加，直到所述放大信号达到所述参考值(V_ref)的电荷下降状态。

4.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述反馈控制模块(5)包括电容器(50)，所述电容器(50)取决于所述至少一个输出信号(V_o+、V_o-、V_o1+、V_o1-)被充电，电压放大器(3)的所述控制信号(V_qDC)根据所述电容器(50)的电荷而生成。

5.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述反馈控制模块包括由所述至少一个输出信号(V_o+、V_o-、V_o1+、V_o1-)激活的至少一个电流源(51a、51b)，所述电容器(50)由所述至少一个电流源(51a、51b)充电。

6.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述电压放大器(3)包括至少第一晶体管堆叠和第二晶体管堆叠(30、31)，每个晶体管堆叠由多个二极管连接的晶体管(M_pij)和附加晶体管(M_nij)形成，所述第一晶体管堆叠(30)的附加晶体管(M_nij)接收表示光强度的所述信号(V_ph)，并且放大信号(V_o)取自所述第二晶体管堆叠(31)的附加晶体管(M_nij)的端子。

7.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述电压放大器(3)包括分别由多个二极管连接的晶体管(M_pij)和附加晶体管(M_nij)形成的多个晶体管堆叠(30、31、32)，第一晶体管堆叠(30)的附加晶体管(M_nij)接收表示光强度的所述信号(V_ph)，并且放大信号(V_o)分别取自第二晶体管堆叠(31)和第三晶体管堆叠(32)的附加晶体管(M_nij)的端子。

8.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述光感测装置(2)包括生成电流(I_ph)的光电二极管(20)，以及被配置为将所述电流(I_ph)变换成表示检测到的光强度的所述信号(V_ph)的对数转换器(21)。

9.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述滞后比较模块(4)至少包括滞后比较器(400，401；40)，所述至少一个输出信号(V_o+、V_o-)对应于所述滞后比较器的输出。

10.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述滞后比较模块(4)至少包括滞后比较器(400、401)和逻辑模块(41)，所述至少一个输出信号(V_o+、V_o-)对应于所述逻辑模块(41)的输出。

11.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中所述滞后比较模块(4)包括第一滞后比较器(400)和第二滞后比较器(401)，该第一滞后比较器被配置为将放大信号(V_o)与第一阈值(θo+)进行比较，并且如果放大信号的电平等于或大于第一阈值(θo+)，则基于所述比较生成处于活动状态的第一输出信号(V_o+；V_o1+)；并且该第二滞后比较器(401)被配置为将放大信号(V_o)与第二阈值(θo-)进行比较，并且如果放大信号(V_o)的电平等于或低于第二阈值(θo-)，则生成处于活动状态的第二输出信号(V_o-；V_o1-)。

12.根据权利要求11所述的像素电路，其中所述反馈控制模块(5)包括两个电流源(51a、51b)，这两个电流源(51a、51b)分别基于所述第一输出信号(V_o1+)和所述第二输出信号(V_o1-)被激活。

13.一种视觉传感器，包括多个根据权利要求1-12中任一项所述的像素电路(1)。

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