CN116896623A - 用于图像传感器中的多条位线的列asil电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于图像传感器的故障检测电路以及一种用于检测位线中的故障的方法。用于图像传感器的故障检测电路包括第一输入节点、第二输入节点的阵列和输出级。第一输入节点耦合到参考电压。第二输入节点的阵列具有耦合成从包括像素的阵列的图像传感器中的位线阵列的位线接收信号的每个输入节点，其中每个像素耦合到位线阵列的至少一条位线。输出级被耦合成生成指示第二输入节点中的任何一个低于参考电压的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及汽车图像传感器领域，并且具体地涉及一种用于图像传感器的故障检测电路以及一种用于检测位线中的故障的方法。
背景技术
现代车辆越来越多地配备有高级驾驶员辅助系统(ADAS)。ADAS可以增强操作车辆时的舒适性和安全性，诸如碰撞警告、接近警告和盲点警告。ADAS还可以包括主动自主组件，用于附加级别的驾驶安全性，例如自适应巡航控制、自动制动、自动转向和防撞。虽然ADAS依赖并处理来自多个数据源的输入，诸如光检测和测距(LIDAR)、雷达和计算机视觉，但大多数ADAS中的主要传感器仍然是图像传感器。随着ADAS逐渐包括更多主动和自主功能，车辆安全性更多地取决于成像系统的可靠性。
对于汽车图像传感器设计，存在满足汽车安全完整性级别(ASIL)要求的标准。ASIL指定汽车行业的安全级别，并具有ISO26262定义的风险分类方案。ASIL是通过分析故障的严重性、故障发生的概率以及故障影响被控制的能力来检查与潜在危险相关联的风险而建立的。该标准将ASIL确定为四个级别：ASIL A、ASIL B、ASIL C、ASIL D。ASIL D表示对产品的最高完整性要求，而ASIL A表示最低要求。对于图像传感器，为了满足ASIL D标准的要求，每个单独的电路块都应当具有检测操作故障的检测机制，操作故障包括(i)信号陷入低/高电平，(ii)信号瞬态故障，以及(iii)欠电压/过电压。未能检测到此类故障会导致图像质量降级/图像损坏，这对于汽车应用而言会造成安全问题。
发明内容
图像传感器包括像素的阵列，每个像素包括一个或多个光电二极管，这些光电二极管响应于入射光而生成图像电荷。图像电荷从光电二极管转移到浮动扩散部，并在被触发时通过位线转移到读出电路上。本公开的某些实施例具有用于每个像素的双位线。在一列像素中进行故障检测的传统方法可以包括用于每条位线的故障检测电路。对于双位线，附加的故障检测电路要求比传统的每像素一条位线设计更多的空间和功率。本公开描述了一种故障检测电路，该故障检测电路包括多于一个位线输入而不要求附加的空间和功率。
在第一方面，一种用于图像传感器的故障检测电路包括第一输入节点、第二输入节点的阵列和输出级。第一输入节点耦合到参考电压。第二输入节点的阵列具有被耦合成从包括像素的阵列的图像传感器中的位线阵列的位线接收信号的每个输入节点，其中每个像素耦合到位线阵列的至少一条位线。输出级被耦合成生成指示第二输入节点中的任何一个低于参考电压的输出电压。
在一些实施例中，所述第二输入节点中的每一个耦合到输入晶体管的栅极，所述故障检测电路的所有输入晶体管具有连接到公共源极节点的源极和连接到公共漏极节点的漏极。
在一些实施例中，存在至少两个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
在一些实施例中，存在至少三个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
在一些实施例中，所述故障检测电路还包括模拟来自所述位线阵列的位线的信号中的故障的自测试电路。
在一些实施例中，所述自测试电路包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管具有连接到所述公共源极节点的源极和连接到所述公共漏极节点的漏极。
在一些实施例中，所述位线阵列包括至少两条位线。
在一些实施例中，所述两条位线包括被耦合成接收采样和保持复位电压的第一位线和被耦合成从所述像素的阵列的每个像素接收采样和保持信号电压的第二位线。
在第二方面，一种用于检测位线中的故障的方法包括：(i)接收输入电压的阵列，其中每个输入电压是从位线阵列的相应位线接收的；(ii)将接收到的输入电压的阵列中的每个输入电压与参考电压进行比较，以生成比较结果；以及(iii)从OR门输出组合结果，其中每个输入与为每个输入电压生成的比较结果对应。
在一些实施例中，在比较每个输入电压的所述步骤中，比较结果是指示所述每个输入电压低于所述参考电压的输出电压。
附图说明
图1图示了实施例中的车辆安全系统。
图2图示了实施例中的像素的示意图。
图3图示了实施例中的图像传感器列的简化示意图，其示出了故障检测电路。
图4图示了实施例中用于位线的故障检测电路的示意图。
图5图示了实施例中用于双位线的故障检测电路的简化示意图。
图6图示了实施例中的双位线故障检测电路的示意图。
具体实施方式
在整个说明书中对“一个示例”或“一个实施例”的引用是指结合该示例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”或“在一个实施例中”不一定都是指同一个示例。此外，在一个或多个示例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特点。
在整个说明书中，使用了几个技术术语。这些术语应采用其所属领域中的普通含义，除非在本文中专门定义或者它们的使用上下文明确地暗示为其他。应当注意的是，在本文档中，元素名称和符号可以互换使用(例如，Si与硅)；但是，两者具有完全相同的含义。
本说明书中使用诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语是为了避免组件之间的混淆而不限制次序等。因此，例如，术语“第一”可以在适当的情况下用术语“第二”、“第三”等替代。此外，当以下描述涉及附图时，除非另外指出，否则不同附图中相同的标号表示相同或相似的元件。
图1描绘了示例车辆安全系统100。车辆安全系统100可以是ADAS的一部分。车辆安全系统100包括多个相机190。相机190可以分布在车辆周围，使得每个相机具有车辆周围环境的不同视角。例如，相机190(1)可以是安装在车辆后部的后视相机，而相机190(2)可以是安装在车辆侧面的车道跟踪相机。相机190包括图像传感器192，图像传感器192包括像素阵列194A。图像传感器192可以是芯片级包装或板上芯片包装的一部分。图像传感器192被示为车辆相机的组件，但应当认识到的是，在不脱离其范围的情况下，诸如安全设备、无人机相机等的其他设备可以利用图像传感器192。
车辆安全系统100还包括相机监视系统(CMS)110。CMS 110被配置为从每个相机190接收故障标志并且包括故障检测标志112，当在任何相机190中检测到故障时设置该故障检测标志112。故障检测标志112可以触发对车辆乘员的警报，其可以是警告灯的形式并且可以附加地禁用ADAS的一部分。来自相机190的故障标志可以由图像传感器192生成，如下面所讨论的。
图2示出了像素200的示例示意图。像素200是形成像素阵列194A的像素的示例。像素200可以是全局快门图像传感器的一部分。在某些实施例中，诸如图像传感器192之类的图像传感器包括像素芯片201和逻辑芯片203。像素200可以包括像素芯片201和逻辑芯片203两者中的部分。例如，像素200可以在像素芯片201中包括光电二极管210中的一个或多个和晶体管：转移(TX)晶体管220、复位(RST)晶体管222、源极跟随器(SF)晶体管226和栅极选择(GS)晶体管228中的一个或多个。像素200还可以在逻辑芯片203中包括晶体管：负载晶体管230、采样和保持开关232和234、SF晶体管236和238以及行选择(RS)晶体管237和239中的一个或多个。像素芯片201和逻辑芯片203可以通过混合键合部(HB)204连接。
在操作中，来自光电二极管210的图像电荷通过TX晶体管220连接到浮动扩散(FD)节点251，TX晶体管220由TX选择线261控制。FD节点251可以通过RST晶体管222连接到复位电压电源线250，诸如用于模拟电路的电源线(AVDD)，其可以选择性地将光电二极管210复位到预定义的复位电平，诸如AVDD。RST晶体管222可以由RST控制信号253控制。FD节点251还控制SF晶体管226。SF晶体管226与GS晶体管228串联耦合，GS晶体管228经由HB 204耦合到逻辑芯片203。在某些实施例中，HB 204耦合到逻辑芯片203中的负载晶体管230和像素偏置电流源215。负载晶体管230由Vctrl_en信号263控制并且耦合到电压参考(Vref)280。
在一些全局快门设计中，采样和保持开关被用于来自图像传感器的采样和保持信号(SHS)读数及采样和保持复位(SHR)读数。SHS和SHR开关被控制为对相应的信号和复位电平进行采样。在操作中，在全局采样阶段，所有采样和保持开关同时切换，以将整个帧从图像传感器采样到存储电容器中。当全局采样完成时，逐行数据被读出并复位，并且信号电平被数字化。例如，第一采样保持开关232由采样和保持复位使能(SHR_en)信号265控制，以将来自FD节点251的复位电平采样和保持到第一存储电容器(C1)240中。第二采样和保持开关234由采样和保持信号使能(SHS_en)信号267控制，以将来自FD节点251的信号电平采样和保持到第二存储电容器(C2)242中。
C1 240的第一端子控制SF晶体管236，并且C2 242控制SF晶体管238。SF晶体管236和238分别与RS晶体管237和239串联耦合。RS晶体管237和239由行选择信号254控制。在快门操作之后，存储在相应电容器C1 240和C2 242中的复位和信号读数以卷帘快门模式逐行读出到列读出电路。例如，可以使用晶体管236和237通过连接点216将存储在C1 240中的图像电荷转移到第一数据位线。同样，可以使用晶体管238和239通过连接点218将存储在C2242中的图像电荷转移到第二数据位线。
用于晶体管的控制信号可以由控制电路提供以控制任何像素的操作以便重置像素并从一个或多个光电二极管210读出图像电荷。像素配置不限于图2中所示的示例。例如，一个或多个光电二极管可以共享相同的FD节点、RST晶体管、SF晶体管和RS晶体管。
图3是图像传感器列300的简化示意图。图像传感器(诸如图像传感器192)可以包括图像传感器列300的阵列。图像传感器列300包括像素200的阵列以及列位线312和314。图像传感器列300还可以包括读出电路390。读出电路390耦合到包括位线312和314的一条或多条位线并且可以通过使用被采样的复位与信号电平之间的数字化差异将来自像素的阵列的图像电荷转换成图像数据。
图像传感器列300还可以包括全局故障检测电路或全局ASIL电路371。全局ASIL电路371可以通过对作为Vref 280的示例的Vref 380进行采样而耦合到每个像素中的负载晶体管(例如，负载晶体管230)。全局ASIL电路371可以检测每个像素电路(诸如图像传感器列300中的像素200)中的故障，包括中断的HB 204以及用于晶体管222和228的晶体管输入陷入低电平或高电平。例如，如果当晶体管被设置为高电平时晶体管222和228中的任何一个陷入低电平，那么来自像素偏置电流源215的像素偏置电流通过将Vctrl_en 263设置为特定低电平并因此生成故障信号而流过负载晶体管230。在这个示例中重要的是，为故障检测设置的Vctrl_en 263的电平不会干扰正常像素操作。同样，对于开路HB 204，来自像素偏置电流源215的像素偏置电流流过负载晶体管230，并且还通过全局ASIL电路371生成故障信号。
图像传感器列300还包括列ASIL电路370。列ASIL电路370耦合到列位线中的一条或多条，诸如具有相应耦合点382和384的位线312和314。列ASIL电路370可以检测位线中可能存在的故障。例如，位线中可能存在两种类型的故障：(i)一条或多条位线中的断开和(ii)一个或多个像素与一条或多条位线的断开。在故障(i)中，如果位线变为开路，例如在断开点317或315处，断开点317或315上方的包括像素200(0)的所有像素连接都会出故障。在故障(ii)中，一个或多个行选择连接(诸如作为连接点216和218的相应示例的连接点316和318)变为开路。任何故障模式都会造成列ASIL电路370发出故障标志。由于像素是逐行读出的，因此开路连接的物理位置是唯一的，并且容易获得出故障的连接位置。
图4是列ASIL电路470的示例示意图。列ASIL电路470包括比较器488，比较器包括耦合到Vref 462的第一输入设备476。图4表示电源线(Vdd)458。比较器488还包括具有耦合到位线414的栅极端子的第二输入设备472。位线414是位线312或314的示例。在所描绘的示例中，第一和第二输入设备476和472是PMOS晶体管。在另一个示例中，第一和第二输入设备476和472可以是NMOS晶体管。包括晶体管463和473的NMOS电流镜耦合到相应的输入设备476和472。列ASIL电路470还包括输出(ASIL_fail)节点478，输出节点478可以将故障检测电路的输出端耦合到诸如读出电路390之类的读出电路中的异步静态随机存取存储器(ASRAM)。在操作中，当位线414上的电压下降到低于Vref 462时，ASIL_fail节点478被设置为高电平，指示故障。
图5是双位线列ASIL电路500的示例示意图，它在下文中是列ASIL电路500。列ASIL电路500可以表示用于检测图像传感器中的故障的传统方法，该图像传感器以每列多于一条位线为特征并且因此包括列ASIL电路470的阵列。列ASIL电路470的阵列可以包括用于每条位线的一个列ASIL电路470(i)。在所描绘的示例中，列ASIL电路470(1)和470(2)分别耦合到位线314和312。列ASIL电路500还包括OR门519。OR门519具有分别来自列ASIL电路470(1)和470(2)的ASIL_fail节点478(1)和478(2)的输入。列ASIL电路500的输出579是OR操作的结果，使得当列ASIL电路470(1)和470(2)之一或两者指示故障时，输出579也发出故障标志。
在图5中所描绘的示例中，每条位线都要求用于故障检测的列ASIL电路470。因而，对于每列具有双位线的图像传感器，为每条位线容纳列ASIL电路所需的空间和附加的功率需求与满足对更紧凑和功耗更低的图像传感器的最新需求是相反的。但是，图6中所示的示例通过以下方式改进了图5中的示例：几乎不要求附加的空间和功率来在每列双位线图像传感器中进行故障检测。
图6是双位线列ASIL电路670的示例示意图，它在下文中是列ASIL电路670。列ASIL电路670可以用在包括诸如像素200之类的双位线像素的阵列或诸如图像传感器列300之类的图像传感器列的阵列的图像传感器中。有利地，列ASIL电路670可以替代图5中描绘的两个列ASIL电路470(1)和470(2)。列ASIL电路670包括将至少两个位线电压与参考电压进行比较的比较器。例如，输入设备的第一集合包括耦合到位线314的输入设备672和耦合到位线312的输入设备673。第二输入设备676耦合到Vref 662，Vref 662是Vref 462的示例。列ASIL电路670还包括输出(ASIL_fail)节点679，输出节点679可以将故障检测电路的输出端耦合到诸如图3中的读出电路390之类的读出电路中的异步静态随机存取存储器(ASRAM)。在操作中，如果存在故障，诸如位线312和314中的任一个的开路连接(例如，图3中的断开点317和315或开路连接点316和318)，那么ASIL_fail节点679被设置为高电平，指示故障。由于像素是逐行读出的，因此开路连接的物理位置是唯一的，并且容易获得出故障的连接位置。
列ASIL电路670还可以包括ASIL测试晶体管681，其可以是PMOS晶体管，用于自测试功能。例如，自测试功能可以对列ASIL电路670的功能进行检查。在这个示例中，在自测试期间，ASIL测试晶体管681被a_asil_tst_enb开关665下拉到低电平位置，模拟出故障的条件(诸如位线中的断开)并且导致ASIL_fail节点679被设置为高电平。
特征的组合
在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种方式组合上面描述以及下面要求保护的那些特征。以下列举的示例说明了一些可能的、非限制性的组合。
(A1)一种用于图像传感器的故障检测电路包括第一输入节点、第二输入节点的阵列和输出级。第一输入节点耦合到参考电压。第二输入节点的阵列具有被耦合成从包括像素的阵列的图像传感器中的位线阵列的位线接收信号的每个输入节点，其中每个像素耦合到位线阵列的至少一条位线。输出级被耦合成生成指示第二输入节点中的任何一个低于参考电压的输出电压。
(A2)在故障检测电路(A1)的实施例中，其中第二输入节点中的每一个耦合到输入晶体管的栅极，故障检测电路的所有输入晶体管具有连接到公共源极节点的源极和连接到公共漏极节点的漏极。
(A3)在故障检测电路(A2)的实施例中，存在至少两个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
(A4)在故障检测电路(A3)的实施例中，存在至少三个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
(A5)故障检测电路(A2)-(A4)中的任何一个的实施例还包括模拟来自位线阵列的位线的信号中的故障的自测试电路。
(A6)在故障检测电路(A5)的实施例中，自测试电路包括至少一个晶体管，该至少一个晶体管具有连接到公共源极节点的源极和连接到公共漏极节点的漏极。
(A7)在故障检测电路(A1)–(A6)中的任何一个的实施例中，位线阵列包括至少两条位线。
(A8)在故障检测电路(A7)的实施例中，两条位线包括被耦合成接收采样和保持复位电压的第一位线和被耦合成从像素的阵列的每个像素接收采样和保持信号电压的第二位线。
(B1)一种用于检测位线中的故障的方法包括：(i)接收输入电压的阵列，其中每个输入电压是从位线阵列的相应位线接收的；(ii)将接收到的输入电压的阵列中的每个输入电压与参考电压进行比较，以生成比较结果；以及(iii)从OR门输出组合结果，其中每个输入与为每个输入电压生成的比较结果对应。
(B2)在方法(B1)的实施例中，在比较每个输入电压的所述步骤中，比较结果是指示每个输入电压低于参考电压的输出电压。
在不脱离本实施例的范围的情况下，可以在以上方法和系统中进行改变。因此应当注意的是，以上描述中包含或附图中示出的内容应当被解释为说明性的，而不是限制性的。在本文中，并且除非另外指出，否则短语“在实施例中”等同于短语“在某些实施例中”，并且并不是指所有实施例。以下权利要求书旨在覆盖本文描述的所有一般和具体特征，以及就语言而言可以认为介于两者之间的本方法和系统的范围的所有陈述。
Claims (10)
1.一种用于图像传感器的故障检测电路，包括：
第一输入节点，耦合到参考电压；
第二输入节点的阵列，每个所述第二输入节点被耦合成从包括像素的阵列的图像传感器中的位线阵列的位线接收信号，其中每个像素耦合到所述位线阵列的至少一条位线；以及
输出级，被耦合成生成指示所述第二输入节点中的任何一个低于所述参考电压的输出电压。
2.如权利要求1所述的故障检测电路，其中所述第二输入节点中的每一个耦合到输入晶体管的栅极，所述故障检测电路的所有输入晶体管具有连接到公共源极节点的源极和连接到公共漏极节点的漏极。
3.如权利要求2所述的故障检测电路，其中存在至少两个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
4.如权利要求3所述的故障检测电路，其中存在至少三个输入晶体管，每个输入晶体管都耦合到第二输入节点。
5.如权利要求2所述的故障检测电路，还包括模拟来自所述位线阵列的位线的信号中的故障的自测试电路。
6.如权利要求5所述的故障检测电路，其中所述自测试电路包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管具有连接到所述公共源极节点的源极和连接到所述公共漏极节点的漏极。
7.如权利要求1所述的故障检测电路，其中所述位线阵列包括至少两条位线。
8.如权利要求7所述的故障检测电路，其中所述两条位线包括被耦合成接收采样和保持复位电压的第一位线和被耦合成从所述像素的阵列的每个像素接收采样和保持信号电压的第二位线。
9.一种用于检测位线中的故障的方法，包括：
接收输入电压的阵列，每个输入电压是从位线阵列的相应位线接收的；
将接收到的所述输入电压的阵列中的每个输入电压与参考电压进行比较，以生成比较结果；以及
从OR门输出组合结果，其中每个输入与为每个输入电压生成的比较结果对应。
10.如权利要求9所述的方法，其中在比较每个输入电压的所述步骤中，比较结果是指示所述每个输入电压低于所述参考电压的输出电压。
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