CN112955955B - 计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供一种计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列，该计数装置包括：存储模块包括级联的多个存储单元，其中多个存储单元存储有多个累积计数中间值，多个存储单元被配置为至少一组存储单元；运算模块与多个存储单元中的首末组存储单元相连，用于根据接收的计数值和通过末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算，获得对应计数对象的当前累加计数中间值，并输出至级联的多个存储单元中的首组存储单元中。其中，多个累积计数中间值循环位移至运算模块与相应的计数值进行运算，直至计数结束则以存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为计数对象对应的多个累积计数结果。

Description

计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列
本申请要求在2018年10月24日提交中国专利局、申请号为201811246784.0、发明名称为一种计数系统、方法、装置及计数器的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中；本申请要求在2018年10月24日提交中国专利局、申请号为201811246783.6、发明名称为一种计数系统、方法、装置及计数器的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列。
背景技术
动态范围是传感器像素阵列的重要指标之一，高动态范围的传感器有利于满足高精度的要求，有助于提升传感器的响应范围，尤其是针对图像传感器。为了提高图像传感器的动态范围，通常可以采用在像素中增设计数电路，在积分的过程中同时进行计数以实现部分数字化，但是像素中的面积有限，采用以下方法：改变积分电容值，改变积分时间，改变列级增益，多次曝光；但这些方法均无法同时满足高动态范围、强抗干扰等要求，难以在大背景光、高帧频、大阵列等测距场景下实现高精度测量的要求。
传感器进行电路积分时所采用的计数方式会直接影响到传感器的动态范围，进而影响传感器的整体性能。目前，现有的传感器进行电路积分时所采用的计数装置通常为由D触发器构成的异步计数器或同步计数器。D触发器通常具有两个状态，例如0和1，这使得D触发器能够从一个状态翻转为另一个状态以触发相应设置。现有计数装置中还设置有两个锁存器，用以配合D触发器的两个状态之间的翻转操作，比如图1示出的由D触发器级联组成的4位异步计数器。这种结构的计数装置占用面积较大，若设于像素内部则会占用较多像素面积，造成像素面积优化存在一定困难；若设于像素外部则无法实现提高动态范围的目的，导致传感器的动态范围小、传感性能差。
综上，目前传感器进行电路积分时所采用的计数方式存在D触发器占用传感器内部面积大，动态范围小等问题，大大降低了传感器性能。因此亟待设计一个计数方案用以解决上述技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列，用以降低计数电路占用的传感器内部面积，提高传感器的动态范围和传感器性能。
为了克服现有技术存在的问题，本发明中提出了一种计数方法、计数装置以及应用其的计数系统和像素阵列。
本发明实施方式的第一方面中，提供了一种计数装置，该计数装置至少包括存储模块和运算模块。存储模块包括级联的多个存储单元，其中多个存储单元存储有多个累积计数中间值，这多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；运算模块，与这多个存储单元中的首末组存储单元相连，用于根据接收的计数值和通过该末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算，获得对应计数对象的当前累加计数中间值，并输出至级联的这多个存储单元中的首组存储单元中。其中，多个累积计数中间值循环位移至运算模块与相应的计数值进行运算，直至计数结束则以存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为该计数对象对应的多个累积计数结果。
在本发明的一个实施例中，该计数装置还包括控制模块，连接于所述存储模块，用于输出行选控制信号，所述行选控制信号用于控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。
在本发明的一个实施例中，多个存储单元被配置为多组存储单元，所述多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两个存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述行选控制信号用于控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移，具体为：所述行选控制信号依次输出，用于选通由输出的所述行选控制信号控制的存储单元；以及，对于一个被选通的存储单元，该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的所述运算模块输出的当前累积计数中间值。
在本发明的一个实施例中，计数装置还包括输出模块，连接于所述运算模块，用于输出所述多个累积计数结果。
在本发明的一个实施例中，所述控制单元具体用于：依预设次序输出对应于所述多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元；所述存储模块具体用于：接收对应于不同存储单元的行选控制信号，并向所述运算模块循环输出所述多个累积计数结果；所述输出模块具体用于：接收并输出所述多个累积计数结果。
在本发明的一个实施例中，每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。
在本发明的一个实施例中，所述运算模块被配置有至少一个运算单元，所述运算模块所被配置的运算单元的数量与所述存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个所述运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。
在本发明的一个实施例中，所述运算单元被配置为半加器或半减器。
在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种计数方法，应用于如第一方面任一项的计数装置中，所述计数装置包括存储模块和运算模块，所述存储模块包括级联的多个存储单元，所述运算模块与所述多个存储单元中的首末组存储单元相连，其中，所述多个存储单元存储有多个累积计数中间值，所述多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；所述计数方法包括：
将所述多个累积计数中间值循环位移至所述运算模块与相应的所述计数值进行运算，直到计数结束则以所述存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为所述计数对象对应的多个累积计数结果；
其中每一周期循环位移执行至少一次以下过程：
采用所述运算模块根据计数对象的计数值和所述末组存储单元当前存储的累加计数中间值进行运算，获得所述计数对象的当前累加计数中间值；并
输出至级联的所述多个存储单元中的首组存储单元中进行存储。
在本发明的一个实施例中，还包括：通过控制单元向所述存储单元输出行选控制信号；通过所述行选控制信号来控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。
在本发明的一个实施例中，所述多个存储单元被配置为多组存储单元，所述多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两行存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述通过所述行选控制信号来控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移，包括：通过所述控制单元向所述多个存储单元依次输出所述行选控制信号，以选通由输出的所述行选控制信号控制的存储单元；并对于一个被选通的存储单元，将该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的所述运算模块输出的当前累积计数中间值。
在本发明的一个实施例中，计数装置还包括：通过输出模块来输出所述多个累积计数结果。
在本发明的一个实施例中，通过输出模块来输出所述多个累积计数结果之前，还包括：通过控制单元依预设次序输出对应于所述多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元；通过所述存储模块接收对应于不同存储单元的行选控制信号，并向所述运算模块循环输出所述多个累积计数结果；通过输出模块来输出所述多个累积计数结果，包括：通过所述输出模块来接收并输出所述多个累积计数结果。
在本发明的一个实施例中，每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。
在本发明的一个实施例中，所述运算模块被配置有至少一个运算单元，所述运算模块所被配置的运算单元的数量与所述存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个所述运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。
在本发明的一个实施例中，所述运算单元被配置为半加器或半减器。
在本发明的一个实施例中，所述多个累积计数结果用于指示多个像素内的电荷存储单元采集的总电荷量。所述方法还包括：通过比较单元将所述多个像素内的电荷存储单元采集的当前电荷量所转化的积分电压与预设参考电压进行比较得到当前计数值。
在本发明实施方式的第三方面中，提供了一种计数系统，包括至少一个如第一方面任一项的计数装置。
在本发明实施方式的第四方面中，提供了一种像素阵列，该像素阵列中多个像素与如第一方面任一所述的计数装置相连，以确定所述像素阵列中的多个像素采集的电荷量。
本申请实施例提供的技术方案中，通过设置级联的多个存储单元以及共用的运算模块，并在这多个存储单元中采用循环位移的方式存储共用运算模块得到的对应计数对象的多个累积计数结果，使每一存储单元均可替代现有技术中D触发器的所对应的多个锁存器以实现存储计数值的功能，从而大大减少计数装置中存储模块的面积，提升传感器的动态范围；并且，通过对运算模块的共用进一步减少了计数装置所需的面积，便于传感器的结构优化。尤其是，在多个计数对象对运算模块、多个存储单元进行共用时，可以有效减少多个计数对象所需的计数装置的面积，提高计数装置的测量范围，从而提高传感器的动态范围和传感器性能，有助于在小象元中实现多个计数对象组成的电路元件。
附图说明
图1为示意性地示出了现有技术提供的一种计数电路的结构示意图；
图2为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种计数装置的结构示意图；
图3为示意性地示出了本发明实施例涉及的另一种计数装置的结构示意图；
图4为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种存储模块的结构示意图；
图5为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种锁存器的结构示意图；
图6为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种行选控制信号的时序示意图；
图7为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种多组存储单元的数据流示意图；
图8为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种计数方法的流程示意图；
图9为示意性地示出了本发明实施例涉及的一种计数系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
应当理解的是，当单元/模块间被描述为“相连”时，其可以直接连接到另一单元/模块，或者可以存在中间单元/模块。与此相对，当单元/模块间被称为“直接相连”时，则不存在中间单元/模块。
动态范围是传感器的重要指标之一，高动态范围的传感器有利于满足高精度的测量要求，有助于提升传感器的测量范围，尤其是有助于提升图像传感器的测量范围。传感器进行电路积分时所采用的计数方式限制传感器的电路设计、面积优化等从而影响传感器的面积、响应速度、动态范围等参数，进一步的还会影响传感器的整体性能。
发明人发现，现有的传感器进行电路积分时所采用的计数装置通常为由D触发器构成的异步计数器或同步计数器，但这种结构会占用传感器内部较大面积，造成传感器的面积优化存在一定困难。此外，在这种计数方式中传感器的动态范围受限于D触发器的动态范围，从而导致传感器的动态范围小，传感器性能差。
为了解决上述技术问题，本申请提供一种计数装置、方法、系统以及像素阵列，用以降低计数电路占用的传感器内部面积，提高传感器的动态范围和传感器性能。该计数装置包括存储模块和运算模块。存储模块包括级联的多个存储单元，其中多个存储单元存储有多个累积计数中间值，这多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；运算模块与这多个存储单元中的首末组存储单元相连，用于根据接收的计数值和通过该末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算，获得对应计数对象的当前累加计数中间值，并输出至级联的这多个存储单元中的首组存储单元中。其中，多个累积计数中间值循环位移至运算模块与相应的计数值进行运算，直至计数结束则以存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为该计数对象对应的多个累积计数结果。
本申请提供的计数装置，通过设置级联的多个存储单元以及共用的运算模块，并在这多个存储单元中采用循环位移的方式存储共用运算模块得到的对应计数对象的多个累积计数结果，使每一存储单元均可替代现有技术中D触发器的所对应的多个锁存器以实现存储计数值的功能，从而大大减少计数装置中存储模块的面积，提升传感器的动态范围；并且，通过对运算模块的共用进一步减少了计数装置所需的面积，便于传感器的结构优化。尤其是，在多个计数对象对运算模块、多个存储单元以及相关模块(如输出模块、比较模块等)进行共用时，可以有效减少多个计数对象所需的计数装置的面积，提高计数装置的测量范围，从而提高传感器的动态范围和传感器性能，有助于在小象元中实现多个计数对象组成的电路元件。
其中，装置、方法、系统以及像素阵列是基于同一发明构思的，由于装置、方法、系统以及像素阵列解决问题的原理相似，因此装置、方法、系统以及像素阵列的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
本申请实施例提供的技术方案适用于计数场景，尤其是对多个相同对象或多个相似对象进行计数的场景。具体而言，本申请实施例提供的技术方案适用于对像素采集的电荷量进行计数的场景，像素复位的场景，或者针对于其他计数对象的计数场景。例如，本申请提供的计数装置可以应用于分频电路，以四位加法计数器的频分电路为例，该四位加法计数器从0000开始计数，当计数到0011时通过外围电路复位该四位加法计数器，复位后该四位加法计数器重新从0000开始计数。此情况下输入脉冲的数量为4，即实现4分频，此脉冲即为分频后的脉冲信号，从而通过该四位加法计数器可以使振荡源产生不同频率的时钟信号。
本申请实施例提供的技术方案适用于各种计量系统或计量电路，尤其是小型传感器或微型传感器中的计量电路。例如图像传感器的像素阵列中的计数电路，或电荷量计数电路，或电荷量采集电路。
本发明实施例提供了一种计数装置，如图2所示，该计数装置至少包括存储模块和运算模块。其中，
存储模块，包括级联的多个存储单元，其中多个存储单元存储有多个累积计数中间值，这多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；
运算模块，与这多个存储单元中的首末组存储单元相连，用于根据接收的计数值和通过该末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算，获得对应计数对象的当前累加计数中间值，并输出至级联的这多个存储单元中的首组存储单元中；
其中，多个累积计数中间值循环位移至运算模块与相应的计数值进行运算，直至计数结束则以存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为该计数对象对应的多个累积计数结果。
需要说明的是，若每组存储单元中存储单元的数量与该组存储单元的累积计数中间值的数量之差大于或等于设定值(例如1)，则该运算模块优选为连接于存储模块中的首末行存储单元之间。
图2示出的计数装置，通过设置级联的多个存储单元以及共用的运算模块，并在这多个存储单元中采用循环位移的方式存储共用运算模块得到的对应计数对象的多个累积计数结果，使每一存储单元均可替代现有技术中D触发器的所对应的多个锁存器以实现存储计数值的功能，从而大大减少计数装置中存储模块的面积，提升传感器的动态范围；并且，通过对运算模块的共用进一步减少了计数装置所需的面积，便于传感器的结构优化。尤其是，在多个计数对象对运算模块、多个存储单元以及相关模块(如输出模块、比较模块等)进行共用时，可以有效减少多个计数对象所需的计数装置的面积，提高计数装置的测量范围，从而提高传感器的动态范围和传感器性能，有助于在小象元中实现多个计数对象组成的电路元件(例如多个像素单元组成的像素阵列以及计数电路)。
本申请实施例中，多个存储单元为相同结构的存储单元，也可以为不同结构的存储单元；不同组存储单元所配置的存储单元的数量为至少两个，不同组存储单元所配置的存储单元的数量可以相同也可以不同。存储单元被配置但不限于锁存器，或其他元件；多组存储单元的连接方式为串联，或分组级联，或其他连接方式，本发明实施例均不限定。
以存储单元的数量是n个为例，如图2所示，这级联的多个存储单元分别为存储单元1至存储单元n，其中n为正整数；进一步的，将这多个存储单元划分为多组，存储单元1为首组首个存储单元，存储单元n为末组末个存储单元。
一种可能的实现方式中，每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。可选的，每组存储单元包括多个存储单元，并且不同组存储单元所配置的存储单元的数量一致。举例来说，图3示出的计数装置中，多个存储单元被划分为串联的N组存储单元，每组存储单元由相同数量的存储单元构成，即每组包括n个存储单元，其中每一存储单元的单位容量为i-bit，每一存储单元可采用i个锁存器实现，其中i为大于等于1的整数。进一步的，图4示出的存储模块中，每组存储单元包括n个存储单元，每组存储单元的n个存储单元分别对应于E1、E2、……、En等n个行选控制信号，并由这n个行选控制信号进行控制。较佳的，锁存器包括开关和反相器。图5所示的锁存器中，开关为MOS管，反相器由N型MOS管和P型MOS管组成。这一实现方式中采用由锁存器组成的存储单元来存储累积计数中间值或累积计数结果，既通过多个锁存器的级联结构避免了设置切换开关，又以多个锁存器共用前级输出和后级输入的有源区，使得每一锁存器的功能均可相当于现有技术中D触发器所对应的两个锁存器的功能，这样既可减少存储模块至少一半的存储面积。
本申请实施例中，多个存储单元存储有多个累积计数中间值，进一步的存储单元与累积计数中间值的对应关系可以是一一对应，也可以是一对多，本申请实施例并不限定。每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间的数量。
多个存储单元用于通过循环位移来存储对应的多个累积计数中间值。一种可能的实施例中，在循环位移过程开始之前，每组存储单元有至少一个存储单元未存储累积计数中间值。该未存储累积计数中间值的至少一个存储单元即为共用存储单元，其中共用存储单元用于在循环位移时存储同组存储单元对应累积计数中间值。当该组存储单元所包含存储单元的数量为多个时，该共用存储单元所存储的累积计数中间值来自于同组存储单元中相邻的其他存储单元。进一步的，该共用存储单元的初始存储值为0，并且每一轮计数结束后该共用存储单元所存储的计数值清零。可选的，该共用存储单元可以设置于相邻存储单元之间的连接处，或该共用存储单元可以也可设置于该组存储单元的其他位置，本实施例并不限定。
多个累积计数中间值在多个存储单元之间的循环位移的实现方式有多种，本申请实施例并不限定。具体而言，一种实现方式中，对于多个累积计数中间值中的一个，多个存储单元将该累积计数中间值对应的一个累积计数结果存储于与该累积计数中间值对应的一个存储单元中，并根据预设位移关系将该累积计数中间值位移存储于另一个存储单元中。
为了实现多个累积计数中间值在多个存储单元之间的循环位移，计数装置还包括控制模块，连接于存储模块，该控制模块用于输出行选控制信号。其中，行选控制信号用于控制多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。具体而言，输出行选控制信号依次输出，用于选通由输出的行选控制信号控制的一个或多个存储单元；对于一个被选通的存储单元，该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的运算模块输出的当前累积计数中间值。
一种可能的实施例中，以级联的首组首个存储单元向末组末个存储单元的方向为预设方向，则累积计数中间值由当前存储该累积计数中间值的存储单元向该预设方向上的下一个存储单元位移。
以图3所示的计数装置为例，行选控制信号信号E1用于选通第一组存储单元(Group1)中的首个存储单元至第N组存储单元(GroupN)中的首个存储单元，假设这些存储单元均为共用存储单元，并且以级联的首组首个存储单元向末组末个存储单元的方向为预设方向，则当控制模块输出行选控制信号信号E1时，被选通的第一组存储单元中的首个存储单元当前的累积计数中间值(例如初值为0)替换为预设方向上所连接的运算模块(1-bitadder)输出的当前累积计数中间值A[i+1]。同时，第二组存储单元(Group2)中的首个存储单元当前存储的累积计数中间值(例如初值为0)替换为第一组存储单元中的末个存储单元存储的累积计数中间值N[i]，以此类推。
可选的，多个存储单元被配置为多组存储单元，多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。比如，存储模块中的6个存储单元被配置为A、B两组，每组存储单元包括3个存储单元，则3个行选控制信号E1、E2、E3分别用于控制两组中预设位置的不同存储单元，即行选控制信号E1用于控制A组的存储单元a1和B组的存储单元b1，行选控制信号E2用于控制A组的存储单元a2和B组的存储单元b2，行选控制信号E3用于控制A组的存储单元a3和B组的存储单元b3。
可选的，多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两个存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号，多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。例如，存储模块中的6个存储单元被配置为A、B两组，每组存储单元包括3个存储单元，则A组中不同存储单元a1、a2、a3分别对应于行选控制信号E1、E2、E3，B组中不同存储单元b1、b2、b3分别对应于行选控制信号E1、E2、E3。即当行选控制信号E1输出时，存储单元a1和b1同时被选通。
本申请实施例中，计数对象有多种，而运算模块接收计数值的方式也有多种。一种实现方式中，计数装置还被配置有比较单元，该比较单元与运算模块相连；该比较单元用于将多个像素内的电荷存储单元采集的当前电荷量所转化的积分电压与预设参考电压进行比较得到当前计数值，并将该当前计数值输出至运算单元。一种可能的实现方式中，以图3示出的比较单元为例，电荷存储单元为电容，积分电压为电容积分电压，比较结果为电压比较结果，则运算模块在根据接收的计数值和通过末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算之前，获取电压比较结果作为当前接收的计数值；在根据接收的计数值和通过末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算时，对于多个存储单元当前存储的多个累积计数中间值中的一个，运算模块以该当前接收的计数值与当前累积计数中间值之和作为该累积计数中间值对应的累积计数结果。此情况下，多个累积计数结果用于指示多个像素内的电荷存储单元采集的总电荷量，可以理解的是，多个像素内的电荷存储单元包括但不限于电容、或其他电荷存储单元。此处还需要说明的是，除了上述列举的电荷量之外，计数对象还可以是其他电信号或其他形式，本发明实施例并不限定。
本申请实施例中，运算模块与级联的多个存储单元之间的连接方式包括多种，其中一种连接方式为，运算模块与级联的多个存储单元中首末两组相连。可选的，运算模块被配置有至少一个运算单元，该运算模块所被配置的运算单元的数量与存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。进一步的，运算单元被配置为半加器或半减器。
进一步的，计数装置还包括输出模块，连接于运算单元，用于输出多个累积计数结果。一种可能的实现方式中，控制单元依预设次序输出对应于多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元，使得可以基于预设顺序循环选通不同位置的存储单元，以便输出的行选控制信号所对应的存储单元得到各自所连接的预设方向上的存储单元的累积计数中间值。对于任一行选控制信号，受控于该行选控制信号的至少一个存储单元被选通，该至少一个存储单元得到各自所连接的预设方向上的存储单元的累积计数中间值。以此类推，依次选通行选控制信号后完成一个控制周期，而每循环一个控制周期，则多个存储单元所存储的累积计数中间值依次向预设方向位移一位。可以理解的是，除了上述循环位移方式以外，还可以采用其他循环位移方式，例如在每一循环周期中，将多个存储单元分为多组，而每组存储单元所存储的累积计数中间值作为整体依次向预设方向位移预设步长。
仍以图4示出的存储模块为例，每一行选控制信号同时控制N组存储模块相应位置的N个存储单元，n个行选控制信号在一个控制周期内依次被选通，用以实现N组存储单元中各个存储单元的依次控制，如图6示出的行选控制信号的时序图中，T为一个控制周期，每个行选控制信号被选通的时间不大于T/n。特别的，在一个控制周期内，若被选通的存储单元为多组存储单元中的首个，则将多组存储单元中的末个当前存储的累积计数中间值与对应计数对象的计数值相加后得到的当前累加计数中间值，作为首个存储单元存储的累加计数中间值。
举例来说，运算模块被配置为半加器，则该半加器连接于多个存储单元中首组首个存储单元与末组末个存储单元之间，如图3所示。在这种连接方式下，单个循环位移周期中，运算模块从级联的多个存储单元中的最后一个存储单元获取该存储单元当前存储的累积计数中间值，以该累积计数中间值和该存储单元对应的计数对象当前的计数值之和作为对应的累积计数结果。进一步的，若该累积计数结果小于阈值，则说明该计数对象的计数过程未达到停止条件或未达到预设的计数门限，将该累积计数结果输出至串联的多个存储单元的首个存储单元中进行存储。若累积计数结果不小于阈值，则说明计数过程达到停止条件或达到预设计数门限，此情况下输出模块依次输出多组累积计数结果，以便后级电路获取累积计数结果。
举例来说，上述控制周期中多组存储单元内的数据流可参见图7示出的数据流示意图。假设存储模块包括两组存储单元，每组存储单元包括3个存储单元，其中1个存储单元被配置为共用存储单元，这3个存储单元分别通过3个行选信号进行控制，进一步的存储单元被配置为锁存器。这两组存储单元中的6个存储单元之间依次级联，每组存储单元中第一行存储单元设置为共用存储单元，并通过加法器(即运算模块)将这两组存储单元中最后一行存储单元和第一行存储单元相连。进一步的，每组存储单元存储两个累积计数中间值，即每组存储单元中的两个存储单元分别用于存储两个电容的电容积分电压转化的计数值所累加的累积计数中间值。例如，两组存储单元分别被配置为分别存储有A[i]、B[i]、C[i]、D[i]等四个计数值的锁存器以及两个作为共用存储单元的锁存器；并且，这两组锁存器中对应位置上的锁存器分别受行选控制信号E1、E2、E3所控制，即E1用于控制处于两组锁存器首行的共用锁存器、E2用于控制锁存器A[i]和C[i]、E3用于控制锁存器B[i]和D[i]。结合上文描述可知，这两组锁存器中累积计数中间值的循环位移过程如图7所示，具体为：
(1)运算模块将4个电容的电容积分电压与比较器(即比较模块)的比较电压Vref进行比较得到初始电压比较结果，将这些初始电压比较结果作为初始的累积计数中间值输出至4个锁存器(即A[i]、B[i]、C[i]、D[i])中进行存储。
(2)当运算模块向两组锁存器输出比较器得到的下一电压比较结果CR[i]时，在本次控制周期内，对于其中一组锁存器，行选控制信号E1、E2、E3依次设置为高电平，以使两组锁存器中存储的累积计数中间值完成一次位移。当E1设置为高电平时，此情况下两个位于锁存器组首行的共用锁存器被选通，即第一组锁存器中C[i]当前存储的累积计数中间值位移到第二组的共用锁存器中进行存储，第二组锁存器中A[i]当前存储的累积计数中间值输出至加法器与CR[i]相加得到累积计数结果A[i+1]，并该累积计数结果A[i+1]位移到第一组的共用锁存器中进行存储。以此类推，E2、E3依次设置为高电平，直到本次控制周期结束。通过本次累积计数中间值的位移过程，整个存储模块存储的累积计数中间值由上到下依次由D[i]、C[i]、B[i]、A[i]变为A[i+1]、B[i]、C[i]、D[i]。
(3)当运算模块向两组锁存器输出比较器得到的下一电压比较结果CR[i+1]时，控制模块触发下一控制周期启动，即开始下一个累积计数中间值的位移过程。经过这一控制周期后，整个存储模块存储的累积计数中间值由上到下依次由A[i+1]、B[i]、C[i]、D[i]变为B[i+1]、A[i+1]、D[i]、C[i]。
(4)两组锁存器会经过多次累积计数中间值的循环位移，直至电容积分时计数过程完成。输出模块将两组锁存器当前存储的累积计数中间值作为最终的累积计数结果经由总线输出至后级电路。
本申请实施例提供一种计数方法，如图8所示，应用于图2或图3所示的计数装置，计数装置包括存储模块和运算模块，存储模块包括级联的多个存储单元，运算模块与多个存储单元中的首末组存储单元相连，其中，多个存储单元存储有多个累积计数中间值，多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量。该计数方法包括：
将多个累积计数中间值循环位移至运算模块与相应的计数值进行运算，直到计数结束则以存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为计数对象对应的多个累积计数结果；
其中每一周期循环位移执行至少一次以下过程：
S801、采用运算模块根据计数对象的计数值和末组存储单元当前存储的累加计数中间值进行运算，获得计数对象的当前累加计数中间值；并
S802、输出至级联的多个存储单元中的首组存储单元中进行存储。
本申请实施例提供的计数方法与计数置装的实现原理相似，相似之处参见上文装置侧的描述，下文不再赘述。
可选的，该计数方法还包括以下步骤：通过控制单元向存储单元输出行选控制信号。通过行选控制信号来控制多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。
进一步的，多个存储单元被配置为多组存储单元，多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。
进一步的，多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两行存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号。
可选的，通过行选控制信号来控制多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移，包括：
通过控制单元向多个存储单元依次输出行选控制信号，以选通由输出的行选控制信号控制的存储单元；并且，对于一个被选通的存储单元，将该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的运算模块输出的当前累积计数中间值。
可选的，该计数方法还包括以下步骤：通过输出模块来输出多个累积计数结果。
进一步的，通过输出模块来输出多个累积计数结果之前，还可以通过控制单元依预设次序输出对应于多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元；再通过存储模块接收对应于不同存储单元的行选控制信号，并向运算模块循环输出多个累积计数结果；从而可以通过输出模块来接收并输出多个累积计数结果。
可选的，每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。
相应的，述运算模块被配置有至少一个运算单元，运算模块所被配置的运算单元的数量与存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。
具体的，运算单元被配置为半加器或半减器。
上述计数方法的一种实现方式中，多个累积计数结果用于指示多个像素内的电荷存储单元采集的总电荷量。该计数方法还包括以下步骤：通过比较单元将多个像素内的电荷存储单元采集的当前电荷量所转化的积分电压与预设参考电压进行比较得到当前计数值。
图8提供的计数方法中，通过设置级联的多个存储单元以及共用的运算模块，并在这多个存储单元中采用循环位移的方式存储共用运算模块得到的对应计数对象的多个累积计数结果，使每一存储单元均可替代现有技术中D触发器的所对应的多个锁存器以实现存储计数值的功能，从而大大减少计数装置中存储模块的面积，提升传感器的动态范围；并且，通过对运算模块的共用进一步减少了计数装置所需的面积，便于传感器的结构优化。尤其是，在多个计数对象对运算模块、多个存储单元以及相关模块(如输出模块、比较模块等)进行共用时，可以有效减少多个计数对象所需的计数装置的面积，提高计数装置的测量范围，从而提高传感器的动态范围和传感器性能，有助于在小像元中实现多个计数对象组成的电路元件。
本申请还提供了示例性实施的一种计数系统，参见图9，该计数系统包括至少一个计数装置，该计数装置用于执行图2对应的实施例提供的任一项。
本发明还提供了示例性实施的一种像素阵列，该像素阵列包括多个像素以及这多个像素共用的计数装置，这计数装置可以是上述图2对应的实施例任一项的计数装置。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (22)

1.一种计数装置，其特征在于，
包括：
存储模块，包括级联的多个存储单元，其中所述多个存储单元存储有多个计数对象对应的多个累积计数中间值，所述多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；
运算模块，与所述多个存储单元中的首末组存储单元相连，用于根据接收的计数值和通过末组存储单元输入的累加计数中间值进行运算，获得所述多个计数对象中与所接收的计数值对应的计数对象的当前累加计数中间值，并输出至级联的所述多个存储单元中的首组存储单元中；
其中，所述多个累积计数中间值循环位移至所述运算模块与相应的所述计数值进行运算，直至计数结束则以所述存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为所述多个计数对象对应的多个累积计数结果。
2.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，
还包括控制模块，连接于所述存储模块，用于输出行选控制信号，所述行选控制信号用于控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。
3.如权利要求2所述的计数装置，其特征在于，
所述多个存储单元被配置为多组存储单元，所述多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。
4.如权利要求3所述的计数装置，其特征在于，
所述多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两个存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号。
5.如权利要求2至4任一所述的计数装置，其特征在于，
所述行选控制信号用于控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移，具体为：
所述行选控制信号依次输出，用于选通由输出的所述行选控制信号控制的存储单元；
以及
对于一个被选通的存储单元，该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的所述运算模块输出的当前累积计数中间值。
6.如权利要求2所述的计数装置，其特征在于，
还包括输出模块，连接于所述运算模块，用于输出所述多个累积计数结果。
7.如权利要求6所述的计数装置，其特征在于，
所述控制模块具体用于：
依预设次序输出对应于所述多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元；
所述存储模块具体用于：接收对应于不同存储单元的行选控制信号，并向所述运算模块循环输出所述多个累积计数结果；
所述输出模块具体用于：接收并输出所述多个累积计数结果。
8.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，
每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。
9.如权利要求8所述的计数装置，其特征在于，
所述运算模块被配置有至少一个运算单元，所述运算模块所被配置的运算单元的数量与所述存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个所述运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。
10.如权利要求9所述的计数装置，其特征在于，
所述运算单元被配置为半加器或半减器。
11.一种计数方法，其特征在于，
应用于如权利要求1至10任一所述的计数装置，所述计数装置包括存储模块和运算模块，所述存储模块包括级联的多个存储单元，其中，所述多个存储单元存储有多个计数对象分别对应的多个累积计数中间值，所述多个存储单元被配置为至少一组存储单元，每组存储单元中存储单元的数量大于对应于该组存储单元的累积计数中间值的数量；所述运算模块与所述多个存储单元中的首末组存储单元相连，所述计数方法包括：
将所述多个累积计数中间值循环位移至所述运算模块与相应的所述计数值进行运算，直到计数结束则以所述存储模块中存储的多个当前累加计数中间值作为所述多个计数对象分别对应的多个累积计数结果；
其中每一周期循环位移执行至少一次以下过程：
采用所述运算模块根据计数对象的计数值和所述末组存储单元当前存储的累加计数中间值进行运算，获得所述计数对象的当前累加计数中间值；并输出至级联的所述多个存储单元中的首组存储单元中进行存储。
12.如权利要求11所述的计数方法，其特征在于，
还包括：
通过控制模块向所述存储单元输出行选控制信号；
通过所述行选控制信号来控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移。
13.如权利要求12所述的计数方法，其特征在于，
所述多个存储单元被配置为多组存储单元，所述多组存储单元中预设位置的存储单元受控于同一行选控制信号。
14.如权利要求13所述的计数方法，其特征在于，
所述多个存储单元还被配置为每组存储单元包括至少两行存储单元，同一组中不同存储单元对应于不同行选控制信号。
15.如权利要求12至14任一所述的计数方法，其特征在于，
所述通过所述行选控制信号来控制所述多个存储单元中存储的多个累积计数中间值之间的循环位移，包括：
通过所述控制模块向所述多个存储单元依次输出所述行选控制信号，以选通由输出的所述行选控制信号控制的存储单元；并
对于一个被选通的存储单元，将该存储单元当前的累积计数中间值替换为该存储单元在预设方向上所连接的存储单元当前存储的累积计数中间值，或替换为该存储单元在预设方向上所连接的所述运算模块输出的当前累积计数中间值。
16.如权利要求12所述的计数方法，其特征在于，
还包括：
通过输出模块来输出所述多个累积计数结果。
17.如权利要求16所述的计数方法，其特征在于，
通过输出模块来输出所述多个累积计数结果之前，还包括：
通过所述控制模块依预设次序输出对应于所述多个存储单元的多个行选控制信号，其中一个行选控制信号对应于至少一个存储单元；
通过所述存储模块接收对应于不同存储单元的行选控制信号，并向所述运算模块循环输出所述多个累积计数结果；
通过输出模块来输出所述多个累积计数结果，包括：通过所述输出模块来接收并输出所述多个累积计数结果。
18.如权利要求11所述的计数方法，其特征在于，
每个存储单元还被配置有至少一个锁存器，其中不同存储单元包括的锁存器的数量一致，且不同存储单元相应位置的锁存器依次级联。
19.如权利要求18所述的计数方法，其特征在于，
所述运算模块被配置有至少一个运算单元，所述运算模块所被配置的运算单元的数量与所述存储单元所包括的锁存器的数量一致，每个所述运算单元分别与首尾两个存储单元中相应位置的锁存器级联。
20.如权利要求19所述的计数方法，其特征在于，
所述运算单元被配置为半加器或半减器。
21.一种计数系统，其特征在于，
包括至少一个如权利要求1至10任一所述的计数装置，用以执行权利要求11至20任一所述的计数方法。
22.一种像素阵列，其特征在于，
所述像素阵列中的多个像素与如权利要求1至10任一所述的计数装置相连，以确定所述像素阵列中的多个像素采集的电荷量。
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