CN117355755A - 具有电压监测电路的图像传感器 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器(10)包括压控振荡器(220)和评估电路(230)。压控振荡器(220)输出周期性信号，其中，周期性信号(Osc)的频率是压控振荡器(220)的振荡器输入处的输入电压信号(Vinp)的函数。输入电压信号(Vinp)从图像传感器(10)的内部恒压信号(Vcon)中导出。当周期性信号(Osc)的频率满足预定条件时，评估电路(230)输出通知信号(Flg)。

Description

具有电压监测电路的图像传感器

技术领域

本公开内容涉及一种具有监测恒压信号的电压监测电路的图像传感器。更具体地，本公开内容涉及一种监测CMOS图像传感器组件中的内部恒压信号的安全控制器。

背景技术

固态成像设备中的有源图像传感器包括生成光电流的光电转换元件，光电流的额定电流与接收到的辐射强度成比例。在强度读出图像传感器中，像素电路将光电转换元件生成的小光电流转换成相对较大的像素输出信号，下游的模数转换器将该信号转换成数字像素值。诸如动态视觉传感器(DVS)和基于事件的视觉传感器(EVS)等用于事件检测传感器的像素电路响应于光强度的变化，并且图像传感器提供关于成像场景中变化的位置的信息。无论图像传感器的类型，处理和评估光电流的电路都需要恒压信号，以便放大器和比较器正常工作。恒压信号的波动会影响光电流的评估。

发明内容

当今，始终存在对具有允许监测电源电压和/或其他恒压信号的安全机制的图像传感器的需求。具体地，CMOS图像传感器(CIS)应该能够自己检测电源电压和/或具有标称恒压幅度的另一个电压信号的幅度是否在图像采集周期的预定容限窗口内，或者这种恒压信号上的振荡或瞬时电压尖峰是否已经影响了所采集的图像内容。鉴于上述情况做出本公开内容，并且因此期望提供一种促进对图像传感器的功能性进行分析和评估的图像传感器。

在这点上，本公开内容涉及一种包括压控振荡器的图像传感器。压控振荡器输出周期性信号，其中，周期性信号的频率是压控振荡器的振荡器输入处的输入电压信号的函数。输入电压信号从图像传感器的内部恒压信号中导出。当周期性信号的频率满足预定条件时，评估电路输出通知信号。

通过参考结合附图进行的以下详细描述，将会更好地理解所描述的实施方式以及进一步的优点。

附图说明

图1是示出根据本技术的实施方式的具有图像传感器的固态成像设备的配置示例的简化框图，该固态成像设备包括具有压控振荡器的电压监测电路。

图2是示出根据本技术的实施方式的具有压控振荡器的电压监测电路的配置示例的简化框图。

图3包括讨论如图2所示的具有压控振荡器的电压监测电路的操作的示意性时序图。

图4是示出根据本技术的实施方式的配置示例的简化框图，其中，电压监测电路监测在用于强度读出的像素电路的读出电路中使用的电源电压。

图5是示出根据实施方式的电压监测电路的配置示例的简化框图，该实施方式涉及具有计数器电路和参考寄存器的电压监测电路。

图6包括讨论如图5所示的具有计数器电路的电压监测电路的操作的示意性时序图。

图7是示出根据具有参考计数器电路的实施方式的电压监测电路的配置示例的简化框图。

图8是示出根据具有动态寄存器电路的实施方式的电压监测电路的配置示例的简化框图。

图9是示出根据实施方式的电压监测电路的配置示例的简化框图，该实施方式涉及自校准电压监测电路。

图10是显示根据本公开内容的实施方式的固态成像设备的层压结构的示例的示图。

图11是描绘车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

图12是辅助说明图11的车辆控制系统的车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的示图。

具体实施方式

下面将使用附图详细描述用于实现本公开内容的技术的示例(在下文中也称为“实施方式”)。本公开内容的技术不限于实施方式，并且实施方式中的各种数值等是说明性的。相同的元件或具有相同功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略重复的描述。

电连接的电子元件可以通过直接的、永久低电阻连接(例如通过导线)进行电连接。术语“电连接”和“信号连接”还可以包括通过其他电子元件的连接，这些电子元件被设置并适用于永久和/或临时信号传输和/或能量传输。例如，电子元件也可以通过诸如晶体管开关、晶体管或晶体管电路(例如场效应晶体管(FET)、FET电路、传输门等)的电子开关进行电连接和信号连接。

尽管在下文中，在用于强度读出的某些类型的有源图像传感器的背景下，主要描述了用于提高图像传感器组件的可靠性的技术，但是该技术也可以用于其他类型的有源图像传感器，例如，用于基于事件的视觉的图像传感器。

图1示出了根据本技术的实施方式的包括图像传感器组件10和信号处理单元80的固态成像设备90的配置示例。

图像传感器组件10可以包括像素阵列单元11、行解码器12、行驱动器组件13、具有读出电路和水平驱动电路的列信号处理单元14、以及传感器控制器15。

像素阵列单元11包括多个像素电路100。每个像素电路100包括光电转换元件和用于控制由光电转换元件输出的信号的多个像素晶体管。像素电路100可以是适于强度读出或者事件检测的任何有源像素传感器。像素晶体管是FET，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

像素阵列单元11可以是一维像素阵列，所有有源像素电路100的光电转换元件沿着直线或曲折线(线传感器)被设置在半导体像素衬底中。特别地，像素阵列单元11可以是二维阵列，其中像素电路100的光电转换元件可以沿着直线或曲折行以及沿着直线或曲折线被布置在半导体像素衬底的水平面中。

像素电路100可以沿着列以及沿着行被连接。被分配给同一行的像素电路100的子集形成像素行。同一像素行的像素电路100可以共享公共控制线并且可以被同步寻址。被分配给同一列的像素电路100的子集形成像素列。同一像素列的像素电路100共享至少一条公共数据信号线(例如，垂直信号线)。同一像素列的像素电路100的像素输出信号可以通过时分复用方法被依次传递到同一数据信号线。

行解码器12和行驱动器组件13控制像素阵列单元11的每个像素电路100的驱动。具体地，行解码器12可以根据来自传感器控制器15的地址信号向行驱动器组件13提供用于指定要控制的像素电路100或像素行的一个或多个控制信号。行驱动器组件13可以根据从传感器控制器15提供的驱动器定时信号和从行解码器12提供的控制信号来驱动像素电路100的像素晶体管。

行驱动器组件13可以包括每个像素行的一个或多个缓冲电路131。可替代地，两个或更多个像素行或所有像素电路100可以共享缓冲电路131中的一个、一些或全部。

数据信号线将像素电路100的输出信号(像素输出信号)传递到列信号处理单元14的读出电路。

读出电路可以包括一个或多个模数转换器(ADC)。读出电路可以包括与像素阵列单元11包括的数据信号线或像素列一样多的ADC。可替代地，ADC的数量可以低于像素列的数量，其中每个ADC可以在两个或更多个数据信号线之间复用。每个ADC对从相应像素列依次读出的像素输出信号执行模数转换。为此，每个ADC可以包括比较器、数模转换器(DAC)和计数器，以将每个像素输出信号转换为数字像素数据(DPXS)。

列信号处理单元14的水平驱动电路控制读出电路的元件以将像素列的像素数据DPXS传递到信号处理单元80。对于实现强度读出之外代替地或者附加地实现事件检测的像素电路100，读出电路可以包括锁存器、寄存器或用于临时存储事件数据的其他存储器元件和/或检测到事件的像素电路的像素地址。

传感器控制器15控制图像传感器组件10的其它部件。例如，传感器控制器15可以将地址提供到行解码器12，并且可以将驱动定时信号提供到行驱动器组件13。此外，传感器控制器15可以提供用于控制列信号处理单元14的一个或多个控制信号，例如，水平驱动电路和读出电路中的ADC。

电源电压接口19向图像传感器10的其他部件提供一个或多个内部恒压信号Vcon。内部恒压信号Vcon可以包括内部电源电压，具体地用于行驱动器组件13的部件和用于列信号处理单元14。在图像传感器10的运行期间，内部电源电压的幅度是标称恒定的，并且仅由于干扰而变化。内部恒压信号Vcon也可以包括具有相对较长的有效的周期的准静态方波信号。

具体地，电源电压接口19可以包括从图像传感器10外部接收一个或多个外部电源电压Vext的电接口。举例来说，电接口可以包括可拆物理触点、硬连线触点或用于无线电力传输的接收器设备。电源电压接口19可以包括一个或多个恒压电源电路，该恒压电源电路从一个或多个接收到的外部电源电压Vext获得至少一个内部恒压信号Vcon。可替代地，电源电压接口19可以将外部电源电压Vext作为内部恒压信号Vcon传递到图像传感器10的部件。

安全控制器18包括一个或多个电压监测电路200。每个电压监测电路200监测由电源电压接口19提供的至少一个内部恒压信号Vcon，例如，用于列信号处理单元14的ADC和/或用于行驱动器单元140的一个或多个缓冲电路131的内部电源电压。

本公开内容涉及安全控制器18，并且更具体地，涉及电压监测电路200。每个电压监测电路200基于压控振荡器(VCO)，VCO的输出频率是被监测电压的函数。在固定的计数周期内，对振荡器的完整振荡(信号周期)进行计数，并将结果与静态参考数量或动态参考数量进行比较。如果所计数的振荡数量偏离参考数量太多，则电压监测电路200输出有效的通知信号Flg。

图2示出了具有电压监测电路200的图像传感器10的一部分，其中，电压监测电路200包括压控振荡器220和评估电路230。压控振荡器220输出周期性信号Osc。周期性信号Osc的频率是传递到压控振荡器220的振荡器输入(控制电压输入)的输入电压信号Vinp的函数。输入电压信号Vinp从图像传感器10的内部恒压信号Vcon导出。当周期性信号Osc的频率满足预定条件时，评估电路230输出通知信号Flg。

有效的通知信号Flg可以在目标应用中的运行期间使用，以通知用户和/或更高级别的处理实体(例如，主处理器)当前图像信息可能是错误的并且部分基于没有正确操作的像素电路或读出电路。例如，在数字视觉领域，主处理器可以考虑由有效的通知信号Flg提供的信息，以相应地修改运动评估例程，和/或可以通知用户和/或服务控制站。

特别地，周期性信号Osc的频率是输入电压信号Vinp的幅度的函数，并且输入电压信号Vinp与内部恒压信号Vcon相同或成比例。内部恒压信号Vcon是标称恒压信号，即在理想情况下，是至少在关注的特定时间内具有恒定的幅度的DC电压信号。与标称电压幅度相比，内部恒压信号Vcon的幅度的容限窗口较小。内部恒压信号Vcon可以是例如传递到电压跟随器电路中的nFET的漏极侧或CMOS反相器电路中的上部pFET的漏极侧的电源电压。

压控振荡器可以包括通过施加在压控振荡器的正电源输入和负电源输入之间的内部电源电压供电的有源电路，其中，电压到频率转换特性在相对较高的程度上独立于内部电源电压的波动。

压控振荡器220可以是例如谐波振荡器或张弛型振荡器。特别地，压控振荡器220可以包括振荡器电路，该振荡器电路的频率确定元件可以通过施加到振荡器输入的输入电压信号Vinp进行电性变化。例如，振荡器输入设置二极管偏置电压，并且因此设置LC振荡器电路中二极管的电容，并且二极管电容的改变会改变LC振荡器电路的谐振频率。可替代地，压控振荡器220可以包括运算放大器，该运算放大器对施加到振荡器输入的控制电压进行积分，并在积分电压达到阈值时重置积分的电压。

周期性信号Osc可以具有正弦波形、锯齿波形或三角波形，或者可以是二进制方波信号，其中，占空比可以在0和1之间，例如，大约0.5。例如，周期性信号Osc包括周期性脉冲。

评估电路230将周期性信号Osc的频率与至少一个参考频率进行比较。例如，评估电路230将周期性信号Osc的频率与上边界频率和下边界频率进行比较，并且当周期性信号Osc的频率超过上边界频率或者低于下边界频率时，输出有效的通知信号Flg。上边界频率和下边界频率反映了内部恒压信号Vcon的电压容限窗口。

评估电路230的输出信号可以是二进制方波信号，低电平表示允许的频率范围，高电平表示错误的频率。

电压监测电路200可以用于监测专用集成电路(ASIC)的输入电压以及监测对于图像传感器10的操作至关重要的临界电压，例如但不限于内部参考电压、内部电源轨上的电压降(“IR降”)以及内部电压调节器的输出电压。

对于CMOS图像传感器(CIS)，图像传感器的一些标称恒压信号的波动会直接影响图像质量，导致捕获的图像出现严重但暂时的误差。这些波动可能只在图像采集时间(曝光时间)的很短一段时间内出现。使用ADC来监测标称恒压信号的解决方案仅可靠地检测持续更长时间段的这种波动，并且不检测短期波动，而根据实施方式的电压监测电路200能够检测甚至非常短的尖峰和骤降。由于电压监测电路200在半导体衬底上需要相对较小的空间，所以安全控制器18可以包括多个电压监测电路200，例如，用于图像传感器10中使用的每个内部恒压信号Vcon都具有一个电压监测电路。电压监测电路200为低成本电压监测系统提供了可以在给定的时间帧内检测异常模块。

图3的上半部分的时序图示出了随时间波动的被监测的输入电压信号Vinp。在t＝t1和t＝t2之间，被监测的输入电压信号Vinp下降到(介于低阈值Vlo和高阈值Vhi之间的)容限窗口的低阈值Vlo以下。

图3的下半部分的时间图示出了具有低频率阈值flo的对应频率窗口，该低频率阈值flo由等于被监测的输入电压信号Vinp的低阈值Vlo的被监测的输入电压信号Vinp处的周期性信号Osc的频率和等于被监测的输入电压信号Vinp的高阈值Vhi的输入电压信号Vinp处的周期性信号Osc的频率fhi给出。

周期性信号Osc的频率fosc与被监测的输入电压信号Vinp的幅度直接相关。频率fosc反映了输入电压信号Vinp的时间响应，并且在t＝t1和t＝t2之间，频率fosc下降到低频率阈值flo以下。

在图4中，图像传感器10包括像素电路100，其中，内部恒压信号Vcon用于控制像素电路100和/或用于分析像素电路100的像素输出信号POS。电压监测电路200包括电压接口电路210。电压接口电路210从内部恒压信号Vcon导出输入电压信号Vinp。

例如，数据信号线VSL将像素电路100中的源极跟随器电路的源极侧与恒流源110电连接，并将模拟像素输出信号POS传递到ADC单元20。内部恒压信号Vcon为ADC单元20供电。ADC单元20将模拟像素输出信号POS转换成数字像素值DPX。ADC单元20可以包括数模转换器22。数模转换器22的输出电压摆动可能在某种程度上取决于ADC单元电源电压的幅度，即内部恒压信号Vcon的幅度。内部恒压信号Vcon的幅度波动可能影响数字像素值DPX。

如上所述的电压监测电路200可以用于获得关于可能故障的数字像素值DPX的信息。

至于内部恒压信号Vcon，电源电压接口可以将外部电源电压作为内部恒压信号Vcon传递到ADC单元20。可替代地，电源电压接口可以包括将外部电源电压转换成内部恒压信号Vcon的恒压电源。

电压监测电路200包括接收内部恒压信号Vcon的电压接口电路210。电压接口电路210可以将内部恒压信号Vcon作为监测电压信号Vmon传递给压控振荡器220，或者可以将恒压信号Vcon转换成监测电压信号Vmon。监测电压信号Vmon至少暂时被传递到压控振荡器220的输入。

电压接口电路210可以是无源电路，该无源电路生成监测电压信号Vmon，作为恒压信号Vcon的线性衰减版本。

在图5中，电压接口电路210包括欧姆分压器，该欧姆分压器具有在提供内部恒压信号Vcon的第一导线和提供参考电势Vref的第二导线之间串联电连接的第一电阻器元件R1和第二电阻器元件R2。监测电压信号Vmon的幅度是内部恒压信号Vcon的幅度的一小部分。第一电阻器元件R1和第二电阻器元件R2的电阻足够低以允许检测Vcon上的高频不规则性，并且同时足够高以不导致高静态功耗。

评估电路230包括计数器电路231，该计数器电路231输出指示预定计数周期中周期性信号Osc的完整信号周期(振荡)的数量的计数值Cnt。在周期性信号Osc是方波信号的情况下，计数器电路231可以对周期性信号Osc的上升和/或下降沿进行计数。

计数周期可以由第一定时信号定义。第一定时信号可以是二进制方波信号，其中，在预定计数周期期间，第一定时信号是无效的，并且计数器电路231对周期性信号Osc的振荡进行计数，并且其中，在每个计数周期之后，有效的定时信号重置计数器电路231。计数器可以具有在每次重置后输出“0”的透明输出，或者可以具有超过重置条件的保持前一计数的结果锁存输出，例如，直到第一定时信号的下一个有效的周期。第一定时信号可以是以规则的间隔从无效变为有效周期性信号。

计数值Cnt可以是数字，并且计数器电路231可以通过并行接口输出该数字或该数字的较低值部分(LSB部分)。

预定计数周期可以更短，例如，显著短于图像捕获周期，使得电压监测电路能够在每个图像捕获周期内捕获甚至更短的临界波动。

评估电路230还包括比较电路233，当计数值Cnt指示信号周期的数量满足与至少一个参考计数相关的预定条件时，该比较电路233输出通知信号Flg。

比较电路233包括用于接收一个或两个参考计数的阈值接口。在示出的实施方式中，比较电路233具有用于接收高参考计数的第一参考输入hi和用于接收低参考计数的第二参考输入lo，并且当计数值Cnt指示信号周期的数量超过高参考计数或者低于低参考计数时，比较电路233输出通知信号Flg。根据另一实施方式，比较电路233可以包括用于接收设定点值的一个信号参考输入，并且当计数值Cnt指示信号周期的数量超过设定点值附近的预设容限窗口时，比较电路233输出通知信号Flg。

比较电路231可以响应于第二定时信号来执行计数值与参考计数的比较。

第二定时信号可以是与第一定时信号同步的二进制方波信号。在预定计数周期期间，第二定时信号是无效的。在每个计数周期之后并且在计数器电路231输出计数值的周期内，有效的第二定时信号触发计数值与低参考计数和高参考计数的比较。第二定时信号可以是以规则的间隔从无效变为有效周期性信号。

评估电路230还包括参考电路234，该参考电路将至少一个参考计数传递给比较电路233。参考电路234可以在只读寄存器或可重写寄存器中保存至少一个参考计数。参考电路234可以保存高参考计数和低参考计数，或者可以保存设定点值。

评估电路230还包括定时电路232，该定时电路232生成用于控制计数器电路231、比较电路233和参考电路234中的至少一个的定时信号，以促进在预定计数周期期间对信号周期进行计数和/或将计数结果与至少一个参考计数进行比较。

例如，定时电路232可以包括在达到某一计数值后自动重置的自由运行计数器(free-running counter)。然后，计数速率可以相对独立于电压监测电路200的电源电压的波动。

定时电路232可以生成并输出一个或多个周期性定时信号。定时信号是二进制方波信号。在定时电路232输出多于一个定时信号的情况下，所有定时信号的下降沿和后退沿可以具有彼此固定的时间关系。

定时电路232包括或不包括同步输入，该同步输入用于将定时信号同步到同步信号，该同步信号可以是外部信号或由图1中的信号控制器15生成的信号。该同步可以用于监测有效的周期长于计数周期的准常数方波信号，其中，计数周期的开始可以响应于准常数方波的上升沿而被触发。

在图5中，定时电路232生成并输出第一定时信号Res，以周期性地重置计数器电路231。此外，定时电路232生成并输出第二定时信号Smp，以周期性地触发比较器电路233中的比较。第一定时信号Res和第二定时信号Smp可以同步地从无效变为有效，或者第二定时信号Smp可以相对于第一定时信号Res稍微延迟。

参考电路234包括保存至少一个参考计数的参考寄存器241。参考寄存器241在只读寄存器或可重写寄存器中保存高参考计数和低参考计数或设定点值，并且可以将它们永久地传递给比较电路233。

图6最上面的时序图示出了周期性信号Osc的频率fosc，其中，频率fosc反映了输入电压信号Vinp的时间响应，并且在t＝t1和t＝t2之间下降到低频率阈值flo以下。时间轴显示了连续计数周期cp1，cp2，...，cp6的开始和结束。

图6中间的时序图示出了具有锁存输出的计数器电路231的相应计数值Cnt。计数值Cnt涉及在一个计数周期期间周期性信号Osc的振荡次数的平均值。对于每个完整的计数周期，计数器电路231输出先前计数的结果。

例如，在计数周期cp2期间，计数值Cnt示出了第一计数周期cp1的结果。t＝t1和t＝t2之间的电压骤降的主要部分落入第三计数周期cp3中。因此，对于第四计数周期cp4，计数器电路231输出显著低于低参考计数lo的振荡数量。电压骤降的较小部分落入第四计数周期cp4中。因此，在第五周期cp5中，计数器电路231输出刚好低于低参考计数lo的振荡数量。这种明显短于一个计数周期的电压尖峰和电压骤降通常不会被检测到。

例如，压控振荡器220的标称频率可以在从50kHz到500kHz的范围内，例如，在80kHz和200kHz之间，或者大约100kHz。理想情况下的典型计数值可以在50到200个计数之间，例如，大约100个计数。计数周期可以在0.5ms和5ms之间，例如，大约1ms。

可以在每个计数周期结束时或之后不久进行比较。图6底部的时序图示出了通知信号Flg在第四计数周期cp4和第五计数周期cp5中是有效的。

图7示出了具有参考电路234的电压监测电路200，参考电路包括参考振荡器电路242。参考振荡器电路242输出周期性参考信号Rosc，其中，周期性参考信号Rosc的频率取决于压控振荡器220的温度。评估电路230响应于周期性参考信号Rosc的频率变化来修改至少一个参考计数。

参考振荡器电路242可以包括可以使用稳定电压参考的自由运行计数器。根据另一个示例，参考振荡器电路242可以包括晶体振荡器，其中，晶体振荡器提供高频稳定性。例如，参考振荡器电路242可以包括也用于电压监测电路200之外的另一目的的晶体振荡器。

压控振荡器220和参考振荡器电路242(例如，参考振荡器电路242的晶体振荡器)可以热强耦合。此外，参考振荡器电路242的频率和压控振荡器220的频率可以具有相同或近似相同的温度依赖性。然后，通过将至少一个参考计数修改取决于周期性参考信号Rosc的频率的量，可以至少部分地补偿周期性信号Osc的频率的温度漂移。

例如，参考电路234还可以包括参考计数器电路243。参考计数器电路243确定指示预定时间间隔中的周期性参考信号的信号周期的数量的参考计数值，并且响应于参考计数值来修改至少一个参考计数。

预定时间间隔可以由定时电路232的定时信号设置，其中，定时信号周期性地重置参考计数器电路243。

参考计数器电路243的预定时间间隔和计数器电路220的计数周期可以相等。例如，第一定时信号Res可以用于同步重置计数器电路231和参考计数器电路243。压控振荡器220和参考振荡器电路242的标称频率可以相等。

比较器电路233中使用的至少一个参考计数遵循周期性参考信号Rosc的频率的温度依赖性，并且自动补偿压控振荡器220的温度漂移。

在图8中，参考电路234包括动态寄存器电路244，该动态寄存器电路244根据一个或多个先前计数值来确定至少一个参考计数。例如，动态寄存器电路244可以使用多个直接在前的计数值来计算预定数量的先前计数值的加权平均值，以获得当前计数周期的参考计数。权重可以是相等的，或者可以随着与当前计数周期的时间距离的增加而减小。

定时电路232周期性地触发动态寄存器电路244对参考计数的更新。例如，第二定时信号Smp可以用于同步触发动态寄存器电路244中的更新和比较电路233中的比较。

如果压控振荡器220的温度与监测电压的波动相比变化缓慢，则足够数量的计数周期上的移动平均值反映了周期性信号Osc的频率的温度漂移，并且可以有效的地用于补偿压控振荡器220的温度漂移。

图9涉及具有参考电路234的实施方式，该参考电路234包括校准电路250，当参考电压信号Vrfs被施加到振荡器输入时，校准电路250从压控振荡器220输出的周期性校准信号中获得至少一个参考计数。这允许电压监测电路200针对已知电压来自我校准。

例如，参考电压信号Vrfs在校准周期内被提供给振荡器输入。校准周期可以持续一个完整计数周期。压控振荡器在校准周期内输出的计数值表示当前环境温度下的设定计数值，可以直接用作后续计数周期的设定点值。

特别地，校准电路250可以包括生成参考电压信号Vrfs的参考电压源251。

参考电压源251可以包括带隙参考，该带隙参考在校准周期内将参考电压信号Vrfs临时施加到振荡器输入。参考电压源251产生温度稳定的参考电压信号Vrfs，电压监测电路200将根据该参考电压信号周期性地或根据需要进行校准。

此外，在电压接口电路210中，电阻R1和R2可以改变大小，使得在理想条件下，监测电压信号Vmon等于参考电压信号Vrfs。

校准电路250可以利用施加到压控振荡器220的振荡器输入的参考电压信号Vrfs，从压控振荡器220的校准运行中确定至少一个参考计数。

校准电路250可以将校准运行的结果作为校准计数存储在校准寄存器254中，该校准寄存器254可以将上下限添加到校准计数中，以生成高参考计数hi和低参考计数lo。

为此，校准电路250可以包括可控开关252，该可控开关252交替地将参考电压信号Vrfs和监测电压信号Vmon传递到压控振荡器220的振荡器输入，其中，监测电压信号Vmon从内部恒压信号Vcon中导出。

校准电路250还可以包括校准定时电路253，该校准定时电路253同步压控振荡器220的校准运行和存储从校准运行中获得的至少一个参考计数的校准寄存器254的设置。

校准定时电路253周期性地触发校准运行。例如，校准定时电路253生成并输出第三定时信号Cal，该第三定时信号Cal通过将监测电压信号Vmon同步切换到振荡器输入并将当前计数周期的计数值锁存到校准寄存器254中来终止校准运行。

定时电路232的定时信号Res、定时信号Smp和校准定时电路253的定时信号Cal协作如下，其中，假设有效的信号具有“高”电压电平，假设无效的信号具有“低”电压电平，“上升沿”是指从无效到有效的转变，“后退沿”是指从有效到无效的转变。

有效的(“高”)第一定时信号Res(重置脉冲)启动每个计数周期，其中，第一定时信号Res的上升沿或下降沿可以触发计数周期的开始和在计数器电路231的数据输出处的先前计数的结果的锁存两者。

当所有定时信号Res、Smp、Cal无效(“低”)时，监测电压Vmon被传递到振荡器输入，并且计数器电路231对由监测电压信号Vmon控制的周期性信号Osc的振荡进行计数。

有效的(“高”)第二定时信号Smp(采样脉冲)启动计数器电路231的数据输出处的当前计数值与校准寄存器254的数据输出处的当前至少一个参考计数的比较。此外，有效的(“高”)第二定时信号Smp可以停止计数，从而可以从计数器电路231安全地读出计数值。

有效的(“高”)第三定时信号Cal启动并指示校准运行。例如，当参考电压信号Vrfs被施加到振荡器输入时，第三定时信号Cal的上升沿或下降沿可以触发校准周期的开始，在校准周期中电压监测电路200对周期性信号Osc的振荡进行计数。

在第三定时信号Cal仍然有效的(“高”)情况下，有效的(“高”)第二定时信号Smp启动校准寄存器254中的参考计数的更新。例如，第二定时信号Smp的上升沿或下降沿可以触发将校准周期的计数值的结果传输(“锁存”)到校准寄存器254中。

图10是示出固态成像设备23020的层压结构的示例的透视图，该固态成像设备23020具有以阵列形式矩阵状布置的多个像素。每个像素包括至少一个光电转换元件。

固态成像设备23020具有第一芯片(上芯片)910和第二芯片(下芯片)920的层压结构。层压的第一芯片910和第二芯片920可以通过形成在第一芯片910中的TC(S)V(贯通接触(硅)过孔)彼此电连接。固态成像设备23020可以形成为具有层压结构，使得第一芯片910和第二芯片920晶片级接合在一起并通过划切(dicing)来切割。

在上和下两个芯片的层压结构中，第一芯片910可以是模拟芯片(传感器芯片)，该模拟芯片包括每个像素电路的至少一个模拟部件，例如，以阵列形式布置的光电转换元件。

例如，第一芯片910可以仅包括如参考前图所描述的像素电路的光电转换元件。可替代地，第一芯片910可以包括每个像素电路的另一些元件。例如，除了光电转换元件之外，第一芯片910还可以至少包括像素电路的传输晶体管、重置晶体管、放大器晶体管和/或选择晶体管。可替代地，第一芯片910可以包括像素电路的每个元件。

第二芯片920可以主要是逻辑芯片(数字芯片)，该逻辑芯片包括对第一芯片910上的元件进行补充以使像素电路和电流控制电路完整的元件。第二芯片920还可以包括模拟电路，例如对通过TCV从第一芯片910传输的模拟信号进行量化的电路。例如，第二芯片920可以包括行驱动器组件的所有或至少一些部件。

第二芯片920可以具有一个或多个接合焊盘BPD，并且第一芯片910可以具有用于引线接合到第二芯片920的开口OPN。具有两个芯片910、920的层压结构的固态成像设备23020可以具有以下特征配置：

例如，通过TCV来执行第一芯片910和第二芯片920之间的电连接。TCV可以布置在芯片端部处或者在焊盘区域和电路区域之间。例如，用于传输控制信号和提供电力的TCV可以主要集中在固态成像设备23020的四个角处，由此可以减小第一芯片910的信号布线面积。

根据本公开内容的技术还可以被实现为安装在任何类型的移动体(例如，汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动性、飞机、无人机、船舶或机器人)中的光接收设备。

图11是描绘作为可应用根据本公开内容的实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图11所示的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车载信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被示为集成控制单元12050的功能配置。

驾驶系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆驾驶系统相关的设备的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作用于生成车辆驱动力的驱动力生成设备(例如，内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传输到车轮的驱动力传输机构、用于调节车辆转向角的转向机构、用于生成车辆制动力的制动设备等的控制设备。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或各种灯(例如，前照灯、倒车灯、刹车灯、转向信号灯、雾灯等)的控制设备。在这种情况下，从移动设备发送的作为钥匙的替代的无线电波或各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入无线电波或信号，并控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。

车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031相连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆的外部进行成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行对诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的对象检测的处理，或者到这些对象的距离检测的处理。

成像部12031可以是或者可以包括根据本公开内容的实施方式的具有使用压控振荡器的电压监测电路的图像传感器。由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是例如红外线等的不可见光。

车载信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息，并且可以是或可以包括根据本公开内容的实施方式的具有行驱动器组件的固态成像设备。车载信息检测单元12040例如与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041相连接。驾驶员状态检测部12041例如包括固态成像设备且聚焦在驾驶员上。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车载信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且向驾驶系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，这些功能包括车辆的碰撞避免或冲击减轻、基于跟随距离的跟随驾驶、车辆速度保持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息，通过控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等，执行旨在用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面而来的车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一个的输出信号发送到能够视觉地或听觉地向车辆的乘员或车辆外部通知信息的输出设备。在图11的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出设备。例如，显示部12062可以包括车内显示器或平视显示器的至少一个，其中它们中的每一个可以包括使用用于事件检测的锁存比较器电路的固态成像设备。

图12是描绘成像部12031的安装位置的示例的示图，其中成像部12031可以包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。

成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置。被提供在前鼻的成像部12101和被提供在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部12105主要获得车辆12100前方的图像。被提供在侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。被提供在后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100后部的图像。被提供在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。

顺便提及，图12描绘了成像部12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示被提供在前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示被提供在侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示被提供在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104所成像的图像数据，获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。

成像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，成像元件具有用于相位差检测的像素的成像元件，或者可以包括ToF模块，该ToF模块包括具有根据本公开内容的电压监测电路的图像传感器。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111至12114内的每个三维对象的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取特别是存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定义速度(例如，等于或大于0km/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶的最近的三维对象，作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定要保持在前方车辆前方的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行用于自动驾驶的协作控制，使得车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员等的操作。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息，将关于三维对象的三维对象数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并将提取的三维对象数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或回避转向。微型计算机12051因此可以帮助驾驶，以避免碰撞。

成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的处理和通过对表示对象轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定是否是行人的处理，来执行这种行人的识别。当微型计算机12051确定在成像部12101至12104的成像图像中存在行人，并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得显示用于强调的方形轮廓线，以便叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置显示表示行人的图标等。

上面已经描述了可应用根据本公开内容的实施方式的技术的车辆控制系统的示例。通过应用具有根据实施方式的包括电压监测电路的安全控制器的图像传感器，对捕获的图像的评估可以考虑关于可能的缺陷像素的信息。例如，可以在更可靠的像素信息上执行行人的识别。可以可靠地检测到有故障的图像传感器，并将其报告给更高的实例。

此外，本技术的实施方式不限于上述实施方式，而是在不脱离本技术的主旨的情况下，可以在本技术的范围内进行各种修改。

根据本公开内容的包括具有电压监测电路的图像传感器的固态成像设备可以是用于分析和/或处理例如可见光、红外光、紫外光和X射线的辐射的任何设备。例如，固态成像设备可以是交通领域、家用电器领域、医疗和保健领域、安全领域、美容领域、体育领域、农业领域、图像再现领域等中的任何电子设备。

具体地，在图像再现领域中，固态成像设备可以是用于捕获要提供用于欣赏的图像的设备，例如数码相机、智能电话或具有相机功能的移动电话设备。在交通领域中，例如，固态成像设备可以集成在捕获车辆的前部、后部、外围、内部等以用于安全驾驶(例如自动停止、驾驶员状态的识别等)的车载传感器中、集成在监测行驶车辆和道路的监测相机中、或者集成在测量车辆之间距离的距离测量传感器中等。

在家用电器领域中，固态成像设备可以集成可以用于为诸如TV接收器、冰箱和空调的家用电器提供捕获用户的手势并根据手势执行设备操作的设备的任何类型的传感器。因此，固态成像设备可以集成在诸如TV接收器、冰箱和空调的家用电器中和/或控制家用电器的设备中。此外，在医疗和保健领域中，固态成像设备可以集成在任何类型的传感器中，例如被提供用于医疗和保健的固态成像设备，诸如内窥镜或通过接收红外光来执行血管造影的设备。

在安全领域中，固态成像设备可以集成在被提供用于安全的设备中，诸如用于预防犯罪的监测相机或用于个人认证使用的相机。此外，在美容领域中，固态成像设备可以用于被提供用于美容的设备中，诸如捕获皮肤的皮肤测量仪器或捕获探针的显微镜。在体育领域中，固态成像设备可以集成在被提供用于体育的设备中，诸如用于体育用途的动作相机或可佩戴相机等。此外，在农业领域中，固态成像设备可以用于被提供用于农业的设备中，诸如用于监测田地和作物状况的相机。

注意，本技术也可以被配置为如下所述：

(1)一种图像传感器，包括：压控振荡器，被配置为输出周期性信号，其中，周期性信号所述的频率是振荡器输入处的输入电压信号所述的函数，并且其中，输入电压信号从图像传感器所述的内部恒压信号中导出；以及评估电路，被配置为当周期性信号所述的频率满足预定条件时输出通知信号。

(2)根据(1)所述的图像传感器，还包括：像素电路，其中，内部恒压信号用于控制像素电路和/或用于分析像素电路所述的像素输出信号；以及电压接口电路，电压接口电路被配置为从内部恒压信号导出输入电压信号。

(3)根据(1)和(2)中任一项所述的图像传感器，其中，评估电路包括计数器电路，计数器电路被配置为输出计数值，计数值指示在预定计数周期中周期性信号所述的信号周期的数量。

(4)根据(3)所述的图像传感器，其中，评估电路包括比较电路，比较电路被配置为当计数值指示信号周期的数量满足与至少一个参考计数相关的预定条件时，输出通知信号。

(5)根据(4)所述的图像传感器，其中，评估电路包括参考电路，参考电路被配置为将至少一个参考计数传递到比较电路。

(6)根据(3)至(5)中任一项所述的图像传感器，其中，评估电路包括定时电路，定时电路被配置为生成用于控制计数器电路、比较电路和参考电路中的至少一个的定时信号，以促进在预定计数周期期间对信号周期进行计数和/或将计数的结果与至少一个参考计数进行比较。

(7)根据(5)所述的图像传感器，其中，参考电路包括参考寄存器，参考寄存器被配置为保存至少一个参考计数。

(8)根据(5)和(6)中任一项所述的图像传感器，其中，参考电路包括参考振荡器电路，参考振荡器电路被配置为输出周期性参考信号，其中，周期性参考信号所述的频率取决于压控振荡器所述的温度，并且其中，评估电路还被配置为响应于周期性参考信号所述的频率变化来修改至少一个参考计数。

(9)根据(8)所述的图像传感器，其中，参考电路还包括参考计数器电路，参考计数器电路被配置为确定指示预定时间间隔中的周期性参考信号所述的信号周期的数量的参考计数值，并且响应于参考计数值来修改至少一个参考计数。

(10)根据(5)和(6)中任一项所述的图像传感器，其中，参考电路包括动态寄存器电路，动态寄存器电路被配置为根据一个或多个先前计数值来确定至少一个参考计数。

(11)根据(5)所述的图像传感器，其中，参考电路包括校准电路，校准电路被配置为当参考电压信号施加到振荡器输入时，从由压控振荡器输出的周期性校准信号中获得至少一个参考计数。

(12)根据(11)所述的图像传感器，其中，校准电路包括参考电压源，参考电压源被配置为生成参考电压信号。

(13)根据(11)和(12)中任一项所述的图像传感器，其中，校准电路被配置为利用施加到振荡器输入的参考电压信号从压控振荡器所述的校准运行中确定至少一个参考计数。

(14)根据(11)至(13)中任一项所述的图像传感器，其中，校准电路包括可控开关，可控开关被配置为将参考电压信号以及从内部恒压信号获得的监测电压信号交替传递到振荡器输入。

(15)根据(13)和(14)中任一项所述的图像传感器，其中，校准电路包括校准定时电路，校准定时电路被配置为同步压控振荡器所述的校准运行和存储从校准运行中获得的至少一个参考计数的校准寄存器所述的设置。

Claims (15)

1.一种图像传感器(10)，包括：

压控振荡器(220)，被配置为输出周期性信号，其中，所述周期性信号(Osc)的频率是振荡器输入处的输入电压信号(Vinp)的函数，并且其中，所述输入电压信号(Vinp)从所述图像传感器(10)的内部恒压信号(Vcon)中导出；以及

评估电路(230)，被配置为当所述周期性信号(Osc)的频率满足预定条件时输出通知信号(Flg)。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：

像素电路(100)，其中，所述内部恒压信号(Vcon)用于控制所述像素电路(100)和/或用于分析所述像素电路(100)的像素输出信号(POS)；以及

电压接口电路(210)，所述电压接口电路被配置为从所述内部恒压信号导出所述输入电压信号(Vinp)。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，所述评估电路(230)包括计数器电路(231)，所述计数器电路被配置为输出计数值(Cnt)，所述计数值指示在预定计数周期中所述周期性信号(Osc)的信号周期的数量。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，

其中，所述评估电路(230)包括比较电路(233)，所述比较电路被配置为当所述计数值(Cnt)指示信号周期的数量满足与至少一个参考计数相关的预定条件时，输出所述通知信号(Flg)。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，

其中，所述评估电路(230)包括参考电路(234)，所述参考电路被配置为将所述至少一个参考计数传递到所述比较电路(233)。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，

其中，所述评估电路(230)包括定时电路(232)，所述定时电路被配置为生成用于控制所述计数器电路(231)、所述比较电路(233)和所述参考电路(234)中的至少一个的定时信号，以促进在所述预定计数周期期间对所述信号周期进行计数和/或将计数的结果与所述至少一个参考计数进行比较。

7.根据权利要求5所述的图像传感器，

其中，所述参考电路(234)包括参考寄存器(241)，所述参考寄存器被配置为保存所述至少一个参考计数。

8.根据权利要求5所述的图像传感器，

其中，所述参考电路(234)包括参考振荡器电路(242)，所述参考振荡器电路被配置为输出周期性参考信号(Rosc)，其中，所述周期性参考信号(Rosc)的频率取决于所述压控振荡器(220)的温度，并且其中，所述评估电路(230)还被配置为响应于所述周期性参考信号(Rosc)的频率变化来修改所述至少一个参考计数。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，

其中，所述参考电路(234)还包括参考计数器电路(243)，所述参考计数器电路被配置为确定指示预定时间间隔中的所述周期性参考信号(Rosc)的信号周期的数量的参考计数值，并且响应于所述参考计数值来修改所述至少一个参考计数。

10.根据权利要求5所述的图像传感器，

其中，所述参考电路(234)包括动态寄存器电路(244)，所述动态寄存器电路被配置为根据一个或多个先前计数值来确定所述至少一个参考计数。

11.根据权利要求5所述的图像传感器，

其中，所述参考电路(234)包括校准电路(250)，所述校准电路被配置为当参考电压信号(Vrfs)施加到所述振荡器输入时，从由所述压控振荡器(220)输出的周期性校准信号中获得所述至少一个参考计数。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，

其中，所述校准电路(250)包括参考电压源(251)，所述参考电压源被配置为生成所述参考电压信号(Vrfs)。

13.根据权利要求11所述的图像传感器，

其中，所述校准电路(250)被配置为利用施加到所述振荡器输入的所述参考电压信号(Vrfs)从所述压控振荡器(220)的校准运行中确定所述至少一个参考计数。

14.根据权利要求11所述的图像传感器，

其中，所述校准电路(250)包括可控开关(252)，所述可控开关被配置为将所述参考电压信号(Vrfs)以及从所述内部恒压信号(Vcon)获得的监测电压信号(Vmon)交替传递到所述振荡器输入。

15.根据权利要求13所述的图像传感器，

其中，所述校准电路(250)包括校准定时电路(253)，所述校准定时电路被配置为同步所述压控振荡器(220)的所述校准运行和存储从所述校准运行中获得的所述至少一个参考计数的校准寄存器(254)的设置。