CN115396612B

CN115396612B - 抑制噪声事件的像素电路及传感器

Info

Publication number: CN115396612B
Application number: CN202211327577.4A
Authority: CN
Inventors: 程伯骏; 库佩利奥卢·诺盖; 乔宁; 图芭·代米尔吉; 王子琪
Original assignee: Chengdu Shizhi Technology Co ltd; Shenzhen Shizhi Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Shizhi Technology Co ltd; Shenzhen Shizhi Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2042-10-27
Also published as: CN115396612A

Abstract

本发明公开了一种抑制噪声事件的像素电路及传感器。为解决低照度下黑噪声生成频率过高问题，本发明设计了可以抑制该类噪声的像素电路，其包括感测电路、时变电路和缓冲电路，感测电路包括第一晶体管，第一放大器以及光电二极管和暗电流增强模块，其中第一晶体管的第一端耦接至电源，第一晶体管的第二端耦接至光电二极管的阴极；光电二极管的阳极接地，光电二极管的阴极还耦接至第一放大器的输入端；暗电流增强模块，其两端并联在光电二极管的两端，以抑制像素电路生成的噪声。本发明以增强光电二极管两端的暗电流为技术手段，解决了黑噪声技术问题，获得了事件相机在低照度下也能有较低噪声水平技术效果。本发明适于事件相机和类脑计算领域。

Description

抑制噪声事件的像素电路及传感器

技术领域

本发明涉及一种抑制噪声事件的像素电路及传感器，具体涉及一种应用在事件相机中的可抑制噪声事件生成的像素电路及传感器。

背景技术

事件相机，也称为动态视觉传感器，是一种新型的图像传感器。由于具有事件驱动、低功耗、低延迟等诸多优点，因而广泛受到学术界、产业界的欢迎。事件相机与类脑计算联系极为密切，事件相机的输出结果非常适合于类脑计算。典型的事件相机如现有技术1所示：

现有技术1：EP3139595A1（SAMSUNG）。

事件相机中的每个像素独立工作，并在感受到的光线超过阈值后发放一个ON/OFF事件。然而，由于晶体管的结泄漏（junction leakage）和寄生光电流的影响，现有技术中的像素电路会产生与光线明暗变化无关的噪声事件，比如黑噪声。

黑噪声，是一种高频的、与较低照度条件有关的噪声事件。在较黑环境中，乃至于在较好光照条件下视场内的黑色物体，事件相机（黑色物体成像区域）都可能会生成大量高频噪声事件，如果光照不断降低，噪声频率甚至可以高达数百赫兹，这严重影响事件相机的应用场景。

现有技术2：CN108088560A（SAMSUNG）。

现有技术2为了提升感测性能，对暗电流进行镜像，并从感测电流中减去镜像电流而获得光电流，以消除低照度下的暗电流影响感测电流与比率放大电压之间的正比例关系。

为此，需要一种低成本的、有效的噪声过滤解决方案，尤其是在像素电路层面即可消除噪声事件的事件相机。

发明内容

为了解决或缓解上述部分或全部技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种抑制噪声事件的像素电路，其包括感测电路、时变电路和缓冲电路，所述感测电路包括第一晶体管（413），第一放大器（415）以及光电二极管（411）和暗电流增强模块（800），其中所述第一晶体管的第一端耦接至电源，第一晶体管的第二端耦接至所述光电二极管的阴极；所述光电二极管的阳极接地，光电二极管的阴极还耦接至第一放大器的输入端；所述第一放大器的输出端耦接至所述第一晶体管的栅极；所述第一放大器的输出耦接至时变电路中，所述时变电路的输出耦接至缓冲电路中；所述缓冲电路输出像素输出电压；其中，所述暗电流增强模块，其两端并联在所述光电二极管的两端，提升流经所述光电二极管两端之间的暗电流，以抑制像素电路生成的噪声事件。

在某类实施例中，所述第一放大器的输出端还耦接至时变电路中的第一电容（431）的第一端；所述第一电容的第二端耦接至第二放大器（433）的输入端，以及第二电容的第一端和开关（437）的第一端；所述第二放大器的输出端，以及第二电容的第二端和开关的第二端，共同耦接至缓冲电路中第二晶体管（451）的栅极；所述第二晶体管的第一端耦接电源，第二晶体管的第二端耦接第三晶体管（453）的第一端；所述第三晶体管的栅极受控于选择信号，第三晶体管的第二端输出的是像素输出电压。

在某类实施例中，所述第一放大器的输出端还耦接至时变电路中的第一电容（431）的第一端；第一电容（431）的第二端耦接至缓冲电路中第二晶体管（451）的栅极；时变电路中的开关（437）的第一端耦接至偏置电压，所述开关的第二端耦接至第一电容的第二端；并且，所述开关的控制端受控于复位电路（470）。

在某类实施例中，所述开关受控于复位信号和选择信号的组合。

在某类实施例中，所述暗电流增强模块包括一个晶体管，该晶体管的栅极耦接至所述光电二极管的一端（比如阴极），该晶体管的源极和漏极共同耦接至所述光电二极管的另一端（比如阳极）。

在某类实施例中，所述复位信号和选择信号，经过复位电路（470）的处理后，用于控制所述开关的通断。

在某类实施例中，所述复位电路是与门电路。

在某类实施例中，所述第一放大器将所述光电二极管阴极的输出电压以对数尺度对其放大。

一种传感器，该传感器包括像素阵列，所述像素阵列中的至少部分像素电路，是如前任一项所述的抑制噪声事件的像素电路。

在某类实施例中，该传感器还包括事件生成电路，所述事件生成电路包括第一比较器（610）和第二比较器（650）；第一比较器的输入为第一参考信号和像素输出电压，比较二者后以确定是否发放ON事件；第二比较器的输入为第二参考信号和像素输出电压，比较二者后以确定是否发放OFF事件。

在某类实施例中，所述事件生成电路还包括ADC电路，所述ADC电路用于将像素输出电压转换为数字信号，并用于校准。

本发明的部分或全部实施例，具有如下有益技术效果：

1）通过暗电流增强模块（800），可以提升传感器在较低照度下的噪声表现，抑制噪声水平，提升传感器（事件相机）性能；

2）成本低，代价低。仅仅通过一个晶体管即可解决低照度下的噪声问题，不会显著增大像素面积，降低硅成本。

更多的有益效果将在优选实施例中作进一步的介绍。

以上披露的技术方案/特征，旨在对具体实施方式部分中所描述的技术方案、技术特征进行概括，因而记载的范围可能不完全相同。但是该部分披露的这些新的技术方案同样属于本发明文件所公开的众多技术方案的一部分，该部分披露的技术特征与后续具体实施方式部分公开的技术特征、未在说明书中明确描述的附图中的部分内容，以相互合理组合的方式披露更多的技术方案。

本发明任意位置所披露的所有技术特征所组合出的技术方案，用于支撑对技术方案的概括、专利文件的修改、技术方案的披露。

附图说明

图1是本发明某一实施例中像素电路的电路图；

图2是事件生成电路的原理图；

图3是低照度下其它事件相机与应用本发明后的事件相机的平均噪声水平对比图。

具体实施方式

由于不能穷尽描述各种替代方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案中的要点内容进行清楚、完整地描述。对于下文未详细披露的其它的技术方案和细节，一般均属于本领域通过常规手段即可实现的技术目标或技术特征，限于篇幅，本发明不对其详细介绍。

除非是除法的含义，本发明中任意位置的“/”均表示逻辑“或”。本发明任意位置中的“第一”、“第二”等序号仅仅用于描述上的区分标记，并不暗示时间或空间上的绝对顺序，也不暗示冠以这种序号的术语与冠以其它定语的相同术语必然是不同的指代。

本发明会对各种用于组合成各种不同具体实施例的要点进行描述，这些要点将被组合至各种方法、产品中。在本发明中，即便仅在介绍方法/产品方案时所描述的要点，意味着对应的产品/方法方案也明确地包括该技术特征。

本发明中任意位置处描述存在或包括某步骤、模块、特征时，并不暗示这种存在是排它性地唯一存在，本领域技术人员完全可以根据本发明所披露的技术方案而辅以其它技术手段而获得其它实施例。本发明所公开的实施例，一般是出于披露优选实施例的目的，但这并不暗示该优选实施例的相反实施例，为本发明所排斥/排除，只要这种相反实施例至少解决了本发明的某个技术问题，都是本发明所希望涵盖的。基于本发明中具体实施例描述的要点，本领域技术人员完全可以对某些技术特征施加替换、删减、增加、组合、调换顺序等手段，获得一个仍遵循本发明构思的技术方案。这些未脱离本发明技术构思的方案也在本发明保护范围之内。

在本发明的某实施例中，参考图1，其中公开了一种事件相机的像素电路。该像素电路可以通过选择信号SEL、输出电压VOUT、复位信号RESET而与外部电路相耦接，该像素电路包括感测电路410、时变电路430和缓冲电路450，三者依次级联。

感测电路410，主要用于通过将变化的外部光信号转换为电信号，其包括光电二极管411，晶体管413（标记为M_LOG），第一放大器415（标记-A）。具体为，感测电路410包括的光电二极管411感应光线强度，并在阴极输出电压V_PD，光电二极管411的阳极接地。第一放大器415将输出电压V_PD以对数尺度（scale）对其放大，使得第一放大器415的输出电压V_PR与光电二极管411感测到的强度可以呈线性关系，此外第一放大器415的输出电压V_PR与晶体管413的栅极耦接，而晶体管413的漏极耦接电源，源极与二极管411的输出电压相V_PD耦接。第一放大器415的输出电压V_PR还耦接至时变电路430。

作为本发明的一个改进，在光电二极管411的两端还并联一个暗电流增强模块800，该模块中包括一个源极和漏极相连接的晶体管，其漏极和源极一同连接至光电二极管411的阳极。该晶体管的栅极则与光电二极管411的阴极连接。由此，该晶体管提升了流经该并联两个节点之间的暗电流。虽然暗电流在像素电路中一直为极力消除的不利因素，但是本发明通过暗电流增强模块800提升这两个节点之间的暗电流，则可以有效抑制低照度下（比如10lux及其以下，这类似提升了信噪比），像素电路生成噪声事件（黑噪声）。

时变电路430，包括第一电容431（标记C₁），第二放大器433（标记A）和第二电容435（标记C₂），以及开关437。第一放大器415的输出电压V_PR还耦接至时变电路430中的第一电容431的第一端，第一电容431的第二端耦接第二放大器433的输入端，以及第二电容435的第一端，和开关437的第一端。第二放大器433的输出端与第二电容435的第二端以及开关437的第二端耦接在一起后，并耦接至缓冲电路450。此外，开关437的控制端受控于复位电路470。

在某替代实施例中（未示出），时变电路中可以只包括上述第一电容431以及开关437，区别在于第一电容431的第二端直接耦接至缓冲电路450，开关437一端接偏置电压，开关437的另一端与于第一电容431的第二端耦接，且开关437的控制端受控于复位电路470。

第一电容431基于第一放大器415的输出电压V_PR而保存电荷，而第二放大器433则放大该电容的电压，第二电容435是反馈电容。时变电路430为第一放大器415的跨阻增益提供电压增益。开关437受控于选择电路输出选择信号SEL和其它复位电路输出的复位信号RESET来复位存储于第一电容431中的电荷。复位电路470可以是一个与门电路，其组合了复位信号RESET和选择信号SEL。复位期间，第二放大器433的输入和输出被开关437直接连接。

缓冲电路450，包括晶体管451（标号为M_OUT）和晶体管453（标号为M_SEL），其中晶体管451的漏极耦接电源正极，其源极耦接至晶体管453的漏极，晶体管453的源极输出为像素输出电压（像素输出信号）VOUT。第二放大器433的输出端与第二电容435的第二端以及开关437的第二端耦接在一起后，并耦接至缓冲电路450中晶体管451的栅极。晶体管451是一个源极跟随器。

参考图2，像素输出电压VOUT被耦接至事件生成电路。事件生成电路包括第一比较器610和第二比较器650。第一比较器610的输入为第一参考信号VREF_ON和像素输出信号VOUT，比较二者后以确定是否发放ON事件。当像素输出电压VOUT大于第一参考信号VREF_ON时，第一比较器610输出ON事件。第二比较器650比较第二参考信号VREF_OFF和像素输出信号VOUT，以确定是否输出OFF事件。当像素输出信号VOUT小于第二参考信号VREF_OFF时，第二比较器650发放OFF事件。

优选地，事件生成电路还可以包括ADC电路630。ADC电路630用于将像素输出信号VOUT转换为数字信号，并用于校准。VREFH和VREFL是两个参考电平信号。

由此，对于一个至少基于事件的传感器，该传感器包括像素阵列，所述像素阵列中的至少部分像素电路，是如前任一项所述的像素电路。此外，该传感器还包括如前所述的事件生成电路。

对于传感器的整体设计，为本领域技术人员所熟知的技术，本发明不以某种具体设计方法涉及为限，在此不再赘述。

图3展示的是在低照度下应用本发明后的噪声事件水平下降效果对照图。横轴是光照强度，单位是lux，纵轴是平均噪声事件发放频率，单位是Hz。测试选取的是对ON事件的统计。不难看出，图中作为对照的3款事件相机在低照度下的平均噪声水平，随着光照强度的降低而迅速上升。而应用本发明后，其噪声频率被抑制在0.1Hz附近。值得一提的是，当照度提升到50-100 lux（图中未示出）以后，本发明的噪声发放频率迅速降低至0附近。

尽管已经参考本发明的具体特征和实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的情况下仍可以对其进行各种修改、组合、替换。本发明的保护范围旨在不限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例，并且这些方法、模块可能还被实施在相关联、相互依赖、相互配合、前/后级的一个或多个产品、方法当中。

因此，说明书和附图应简单地视为由所附权利要求限定的技术方案的部分实施例的介绍，因而应根据最大合理解释原则对所附权利要求解读，并旨在尽可能涵盖本发明公开范围内的所有修改、变化、组合或等同物，同时还应避免不合常理的解读方式。

为了实现更好的技术效果或出于某些应用的需求，本领域技术人员可能在本发明的基础之上，对技术方案做出进一步的改进。然而，即便该部分改进/设计具有创造性或/和进步性，只要依赖本发明的技术构思，覆盖了权利要求所限定的技术特征，该技术方案同样应落入本发明的保护范围之内。

所附的权利要求中所提及的若干技术特征可能存在替代的技术特征，或者对某些技术流程的顺序、物质组织顺序可以重组。本领域普通技术人员知晓本发明后，容易想到该些替换手段，或者改变技术流程的顺序、物质组织顺序，然后采用了基本相同的手段，解决基本相同的技术问题，达到基本相同的技术效果，因此即便权利要求中明确限定了上述手段或/和顺序，然而该些修饰、改变、替换，均应依据等同原则而落入权利要求的保护范围。

结合本文中所公开的实施例中描述的各方法步骤或模块，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各实施例的步骤及组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用或设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为在本发明所要求保护的范围之外。

Claims

1.一种抑制噪声事件的像素电路，其包括感测电路、时变电路和缓冲电路，其特征在于：

所述感测电路包括第一晶体管（413），第一放大器（415）以及光电二极管（411）和暗电流增强模块（800）；所述第一晶体管的第一端耦接至电源，第一晶体管的第二端耦接至所述光电二极管的阴极；

所述光电二极管的阳极接地，光电二极管的阴极还耦接至第一放大器的输入端；所述第一放大器的输出端耦接至所述第一晶体管的栅极；

所述第一放大器的输出耦接至时变电路中，所述时变电路的输出耦接至缓冲电路中；所述缓冲电路输出像素输出电压；

其中，所述暗电流增强模块，其两端并联在所述光电二极管的两端，提升流经所述光电二极管两端之间的暗电流，以抑制像素电路生成的噪声事件。

2.根据权利要求1所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

所述第一放大器的输出端还耦接至时变电路中的第一电容（431）的第一端；所述第一电容的第二端耦接至第二放大器（433）的输入端，以及第二电容的第一端和开关（437）的第一端；

所述第二放大器的输出端，以及第二电容的第二端和开关的第二端，共同耦接至缓冲电路中第二晶体管（451）的栅极；

所述第二晶体管的第一端耦接电源，第二晶体管的第二端耦接第三晶体管（453）的第一端；

所述第三晶体管的栅极受控于选择信号，第三晶体管的第二端输出的是像素输出电压。

3.根据权利要求1所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

所述第一放大器的输出端还耦接至时变电路中的第一电容（431）的第一端；

第一电容（431）的第二端耦接至缓冲电路中第二晶体管（451）的栅极；

时变电路中的开关（437）的第一端耦接至偏置电压，所述开关的第二端耦接至第一电容的第二端；

并且，所述开关的控制端受控于复位电路（470）。

4.根据权利要求2或3所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

所述暗电流增强模块包括一个晶体管，该晶体管的栅极耦接至所述光电二极管的一端，该晶体管的源极和漏极共同耦接至所述光电二极管的另一端。

5.根据权利要求4所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

复位信号和选择信号，经过复位电路（470）的处理后，用于控制所述开关的通断。

6.根据权利要求5所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

所述复位电路是与门电路。

7.根据权利要求1-3任一项或5-6任一项所述的抑制噪声事件的像素电路，其特征在于：

所述第一放大器将所述光电二极管阴极的输出电压以对数尺度对其放大。

8.一种传感器，其特征在于：

该传感器包括像素阵列，所述像素阵列中的至少部分像素电路，是如权利要求1-7任一项所述的抑制噪声事件的像素电路。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：

该传感器还包括事件生成电路，所述事件生成电路包括第一比较器（610）和第二比较器（650）；

第一比较器的输入为第一参考信号和像素输出电压，比较二者后以确定是否发放ON事件；

第二比较器的输入为第二参考信号和像素输出电压，比较二者后以确定是否发放OFF事件。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于：

所述事件生成电路还包括ADC电路，所述ADC电路用于将像素输出电压转换为数字信号，并用于校准。