CN217985222U - 五端口芯片及芯片系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种五端口芯片，包括：时钟模块，用于根据主时钟端口输入的外部时钟形成同步时钟；数据输入模块，连接时钟模块的输出端，用于在同步时钟的控制下，接收主数据正端口和主数据负端口输入的配置差分数据并将其转成配置信息存储；主模块，连接数据输入模块的输出端，用于读取配置信息并进行芯片配置，及在系统时钟的控制下产生待传数据；数据输出模块，连接时钟模块的输出端和主模块的输出端，用于将待传数据转成待传差分数据，并基于同步时钟将待传差分数据在设定帧格式下通过主数据正端口和主数据负端口差分输出。通过本实用新型提供的五端口芯片，解决了现有图像传感器芯片在数据传输过程中存在抗干扰能力差的问题。

Description

五端口芯片及芯片系统

技术领域

本实用新型涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种五端口芯片及芯片系统。

背景技术

图像传感器广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合中，用于捕获和识别人物或场景的光学图像信息，并将光学图像信息转换为电学信号。

传统的图像传感器芯片由于时钟和数据均采用单端传输，抗干扰能力差；因此，如何提高数据传输过程中的抗干扰能力，则是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种五端口芯片及芯片系统，解决了现有图像传感器芯片在数据传输过程中存在抗干扰能力差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种五端口芯片，通过主电源端口和主接地端口供电，通过主时钟端口、主数据正端口和主数据负端口进行数据交互；所述五端口芯片包括：

时钟模块，用于根据所述主时钟端口输入的外部时钟形成同步时钟；

数据输入模块，连接所述时钟模块的输出端，用于在所述同步时钟的控制下，接收所述主数据正端口和所述主数据负端口输入的配置差分数据并将其转成配置信息存储；

主模块，连接所述数据输入模块的输出端，用于读取所述配置信息并进行芯片配置，及在系统时钟的控制下产生待传数据；

数据输出模块，连接所述时钟模块的输出端和所述主模块的输出端，用于将所述待传数据转成待传差分数据，并基于所述同步时钟将所述待传差分数据在设定帧格式下通过所述主数据正端口和所述主数据负端口差分输出。

可选地，所述时钟模块还用于对所述同步时钟进行倍频产生倍频时钟，且所述数据输出模块在所述倍频时钟控制下将所述待传差分数据输出。

可选地，所述时钟模块采用可调倍频的锁相环电路实现，其中，所述锁相环电路工作于相位锁定状态。

可选地，所述主模块还连接所述时钟模块的输出端，以基于所述同步时钟形成所述系统时钟。

可选地，所述五端口芯片包括图像传感器芯片，所述待传数据包括数字信号形式的图像数据。

本实用新型还提供一种芯片系统，所述芯片系统包括：

主芯片，采用如上任一项所述的五端口芯片；

从芯片，具有从时钟端口、从数据正端口和从数据负端口，且所述从时钟端口、所述从数据正端口和所述从数据负端口与所述主时钟端口、所述主数据正端口和所述主数据负端口对应连接以进行数据交互，用于向所述主芯片提供所述外部时钟和所述配置信息，及接收所述主芯片输出的所述待传差分数据。

可选地，所述从芯片包括：

时钟产生模块，用于产生所述外部时钟并通过所述从时钟端口输出；

数据产生模块，用于产生所述配置信息并将其转成配置差分数据以通过所述从数据正端口和所述从数据负端口差分输出；

数据处理模块，用于通过所述从数据正端口和所述从数据负端口接收所述待传差分数据并将其转成所述待传数据。

可选地，在所述主芯片包括图像传感器芯片时，所述从芯片包括处理器芯片。

如上所述，本实用新型的一种五端口芯片及芯片系统，采用五端口芯片利用主从握手机制将像素信号量化后双端差分输出，以此提高数据传输过程中的抗干扰能力，实现通过少量端口数(五个端口)使数据传输帧率保持稳定。

附图说明

图1显示为本实用新型五端口芯片的示意图。

图2显示为本实用新型芯片系统的示意图。

图3显示为本实用新型数据交互方法的流程图。

元件标号说明

100 五端口芯片/主芯片

101 时钟模块

102 数据输入模块

103 主模块

104 数据输出模块

200 从芯片

201 时钟产生模块

202 数据产生模块

203 数据处理模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种五端口芯片100，通过主电源端口VDD1和主接地端口GND1供电，通过主时钟端口SCL1、主数据正端口SDA1+和主数据负端口SDA1-进行数据交互；所述五端口芯片100包括：时钟模块101、数据输入模块102、主模块103及数据输出模块104。

所述时钟模块101用于根据所述主时钟端口SCL1输入的外部时钟EXT_CLK形成同步时钟SYN_CLK。进一步的，所述时钟模块101还用于对所述同步时钟SYN_CLK进行倍频产生倍频时钟MUL_CLK。

具体的，所述时钟模块101采用可调倍频的锁相环电路实现，其中，所述锁相环电路工作于相位锁定状态，以通过保持相位差不变来保持频率不变，从而得到稳定的时钟信号。

实际应用中，所述同步时钟SYN_CLK的频率和所述外部时钟EXT_CLK的频率相同，所述倍频时钟MUL_CLK的频率为所述同步时钟SYN_CLK的频率的m倍，其中，m为大于1的正数。

在一示例中，可以认为初始状态下，锁相环电路的倍频初始值为1，此时，锁相环电路对外部时钟EXT_CLK进行1倍频产生同步时钟SYN_CLK；另外，在芯片配置完成后，锁相环电路的倍频值被配置为m，此时，锁相环电路对同步时钟SYN_CLK进行m倍频产生倍频时钟MUL_CLK。其中，所述时钟模块可以采用现有技术当中任意可以实现频率调节的锁相环电路实现。

所述数据输入模块102连接所述时钟模块101的输出端，用于在所述同步时钟SYN_CLK的控制下，接收所述主数据正端口SDA1+和所述主数据负端口SDA1-输入的配置差分数据并将其转成配置信息存储。

具体的，所述数据输入模块102包括差分转单端电路及存储电路；所述差分转单端电路用于在所述同步时钟SYN_CLK控制下接收所述配置差分数据，并将其转为配置信息；所述存储电路连接所述差分转单端电路的输出端，用于将所述配置信息存储。另外，所述数据输入模块还可以包括控制寄存器组件control register bank，基于控制寄存器组件实现数据输入。

所述主模块103连接所述数据输入模块102的输出端，用于读取所述配置信息并进行芯片配置，及在系统时钟SYS_CLK的控制下产生待传数据。进一步的，所述主模块103还连接所述时钟模块101的输出端，以基于所述同步时钟SYN_CLK形成所述系统时钟SYS_CLK。实际应用中，所述系统时钟SYS_CLK的频率和所述同步时钟SYN_CLK的频率可以相同。当然，二者也可以不同，依据实际需求基于所述同步时钟SYN_CLK生成需要频率的所述系统时钟SYS_CLK。

具体的，所述主模块103包括：时钟/控制单元及数据单元；所述时钟/控制单元连接所述时钟模块101的输出端和所述数据输入模块102的输出端，用于根据所述同步时钟SYN_CLK形成所述系统时钟SYS_CLK，及读取所述配置信息并进行芯片配置，以在芯片配置完成后基于所述系统时钟SYS_CLK产生控制信号；所述数据单元连接所述时钟/控制单元的输出端，用于根据所述控制信号产生所述待传数据。在另一示例中，还可以是基于时钟模块11形成所述系统时钟SYS_CLK，所述主模块13直接接收所述系统时钟SYS_CLK，进行图像数据的生成等；当然，所述主模块13也可以采用现有技术其他常规模块。

更具体的，在所述五端口芯片100包括图像传感器芯片时，所述数据单元包括：像素电路及量化电路；所述像素电路连接所述时钟/控制单元的输出端，用于根据所述控制信号进行光电转换以产生像素信号；所述量化电路连接所述像素电路的输出端，用于对所述像素信号进行量化并产生所述待传数据；其中，所述像素信号为模拟信号形式的图像数据，所述待传数据为数字信号形式的图像数据。

实际应用中，所述像素电路与若干个按行和列排布的像素对应，所述像素至少包括；光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管及选择晶体管；其中，所述光电二极管的阳极接地，阴极连接所述传输晶体管的第一端；所述传输晶体管的控制端接入传输控制信号，第二端连接浮动扩散有源区；所述复位晶体管的控制端接入复位控制信号，第一端接入电源电压，第二端连接浮动扩散有源区；所述源跟随晶体管的栅端连接浮动扩散有源区，漏端接入电源电压，源端连接选择晶体管的第一端；所述选择晶体管的控制端接入选择控制信号，第二端产生像素信号。

所述量化电路包括比较器和计数器，其中，所述比较器对像素信号和斜坡信号进行比较，同时所述计数器开始计数，当斜坡信号大于像素信号时，所述比较器的输出发生翻转，所述计数器停止计数，此时的计数结果就是像素信号量化后的数字码值。

所述数据输出模块104连接所述时钟模块101的输出端和所述主模块103的输出端，用于将所述待传数据转成待传差分数据，并基于所述同步时钟SYN_CLK将所述待传差分数据在设定帧格式下通过所述主数据正端口SDA1+和所述主数据负端口SDA1-差分输出。进一步的，所述数据输出模块104在所述倍频时钟MUL_CLK控制下将所述待传差分数据输出。

具体的，所述数据输出模块104包括单端转差分电路及输出电路；所述单端转差分电路用于将所述待传数据转成待传差分数据；所述输出电路连接所述单端转差分电路，用于在所述倍频时钟MUL_CLK将所述待传差分数据在设定帧格式下差分输出。

相应的，如图2所示，本实施例还提供一种芯片系统，所述芯片系统包括：主芯片100及从芯片200；其中，所述主芯片100采用如上所述的五端口芯片；所述从芯片200具有从时钟端口SCL2、从数据正端口SDA2+和从数据负端口SDA2-，且所述从时钟端口SCL2、所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-与所述主时钟端口SCL1、所述主数据正端口SDA1+和所述主数据负端口SDA1-对应连接以进行数据交互，用于向所述主芯片100提供所述外部时钟EXT_CLK和所述配置信息，及接收所述主芯片100输出的所述待传差分数据。

具体的，所述从芯片200包括：时钟产生模块201、数据产生模块202及数据处理模块203；其中，所述时钟产生模块201用于产生所述外部时钟EXT_CLK并通过所述从时钟端口SCL2输出，所述数据产生模块202用于产生所述配置信息并将其转成配置差分数据以通过所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-差分输出，所述数据处理模块203用于通过所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-接收所述待传差分数据并将其转成所述待传数据。实际应用中，所述主芯片100包括图像传感器芯片，所述从芯片200包括处理器芯片。所述时钟产生模块可以采用现有的用于产生时钟的模块，如基于锁相环电路实现。

更具体的，所述数据产生模块202包括：配置信息产生电路及单端转差分电路；所述配置信息产生电路用于产生所述配置信息；所述单端转差分电路连接所述配置信息产生电路的输出端，用于将所述配置信息转成所述配置差分数据，并通过所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-差分输出。

所述数据处理模块203包括：差分转单端电路及数据处理电路；所述差分转单端电路通过所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-接收所述待传差分数据并将其转成所述待传数据；所述数据处理电路连接所述差分转单端电路的输出端，用于对所述待传数据进行后续数据处理以生成图像。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种芯片系统的数据交互方法，所述数据交互方法包括：步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)及步骤5)；其中，所述芯片系统包括主芯片100和从芯片200，所述主芯片100的主时钟端口SCL1、主数据正端口SDA1+和主数据负端口SDA1-与所述从芯片200的从时钟端口SCL2、从数据正端口SDA2+和从数据负端口SDA2-对应连接以进行数据交互。实际应用中，所述芯片系统可采用实施例一所述的芯片系统。

步骤1)所述主芯片100通过所述主时钟端口SCL1接收所述从芯片200发送的外部时钟EXT_CLK并形成同步时钟SYN_CLK。

步骤2)在所述同步时钟SYN_CLK的控制下，所述主芯片100通过所述主数据正端口SDA1+和所述主数据负端口SDA1-接收所述从芯片200发送的配置差分数据，并将所述配置差分数据转成配置信息。

步骤3)所述主芯片100根据所述配置信息进行芯片配置。进一步的，所述数据交互方法还包括：所述主芯片进行所述芯片配置后，基于所述同步时钟SYN_CLK产生倍频时钟MUL_CLK。

具体的，所述从芯片200发送所述外部时钟EXT_CLK后，经过设定时间再发送所述配置信息；在该设定时间内，所述主芯片100接收所述外部时钟EXT_CLK，并根据所述外部时钟EXT_CLK形成所述同步时钟SYN_CLK。通过设置外部时钟和配置信息分时发送，将等待时间放在前面，从而有利于后续操作流畅稳定。

具体的，所述主芯片100基于可调倍频的锁相环电路产生所述同步时钟SYN_CLK和所述倍频时钟MUL_CLK，其中，所述锁相环电路工作于相位锁定状态。

实际应用中，所述同步时钟SYN_CLK的频率和所述外部时钟EXT_CLK的频率相同，所述倍频时钟MUL_CLK的频率为所述同步时钟SYN_CLK的频率的m倍，其中，m为大于1的正数。

在一示例中，可以认为初始状态下，锁相环电路的倍频初始值为1，此时，锁相环电路对外部时钟EXT_CLK进行1倍频产生同步时钟SYN_CLK；另外，在芯片配置完成后，锁相环电路的倍频值被配置为m，此时，锁相环电路对同步时钟SYN_CLK进行m倍频产生倍频时钟MUL_CLK。

步骤4)所述主芯片100将待传数据转成待传差分数据，并基于所述同步时钟SYN_CLK将所述待传差分数据在设定帧格式下通过所述主数据正端口SDA1+和所述主数据负端口SDA1-差分输出至所述从芯片200。进一步的，所述主芯片100在所述倍频时钟MUL_CLK控制下将所述待传差分数据输出。

实际应用中，所述主芯片100和所述从芯片200进行数据交互时，在所述主芯片100接收到所述从芯片200发送的帧开始字段后，所述主芯片100由接收模式转为发送模式，此时，所述从芯片200由发送模式转为接收模式；在所述从芯片200接收到所述主芯片100发送的帧结束字段后，所述从芯片200由接收模式转为发送模式，此时，所述主芯片100由发送模式转为接收模式。

具体的，所述设定帧格式包括若干行字段，各所述行字段的格式相同，均包括{行开始字段、时钟同步字段、数据字段、时钟同步字段、行结束字段}。更具体的，所述数据字段包括n个比特位，所述帧开始字段包括10n个比特位，所述帧结束字段包括10n个比特位；所述行开始字段包括3n个比特位，所述行结束字段包括3n个比特位，所述时钟同步字段包括6n个比特位，n为大于1的整数。

本示例中，n＝10，所述帧开始字段包括100个比特位，为5组循环的{11111111110000000000}；所述帧结束字段包括100个比特位，为10组循环的{1111100000}；所述行开始字段包括30个比特位，为3组循环的{0000000000}；所述行结束字段包括30个比特位，为3组循环的{1111111111}；所述时钟同步字段包括60个比特位，为6组循环的{1010101010}。

步骤5)所述从芯片200通过所述从数据正端口SDA2+和所述从数据负端口SDA2-接收所述待传差分数据并将其转成所述待传数据，以便于进行后续图像处理。

综上所述，本实用新型的一种五端口芯片及芯片系统，采用五端口芯片利用主从握手机制将像素信号量化后双端差分输出，以此提高数据传输过程中的抗干扰能力，实现通过少量端口数(五个端口)使数据传输帧率保持稳定。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种五端口芯片，其特征在于，通过主电源端口和主接地端口供电，通过主时钟端口、主数据正端口和主数据负端口进行数据交互；所述五端口芯片包括：

时钟模块，用于根据所述主时钟端口输入的外部时钟形成同步时钟；

数据输入模块，连接所述时钟模块的输出端，用于在所述同步时钟的控制下，接收所述主数据正端口和所述主数据负端口输入的配置差分数据并将其转成配置信息存储；

主模块，连接所述数据输入模块的输出端，用于读取所述配置信息并进行芯片配置，及在系统时钟的控制下产生待传数据；

数据输出模块，连接所述时钟模块的输出端和所述主模块的输出端，用于将所述待传数据转成待传差分数据，并基于所述同步时钟将所述待传差分数据在设定帧格式下通过所述主数据正端口和所述主数据负端口差分输出；

其中，所述五端口芯片包括图像传感器芯片；所述时钟模块包括锁相环电路；所述数据输入模块包括差分转单端电路及存储电路，所述差分转单端电路连接所述时钟模块的输出端，所述存储电路连接所述差分转单端电路的输出端；所述主模块包括时钟/控制单元及数据单元，所述数据单元包括像素电路及量化电路，所述时钟/控制单元连接所述时钟模块的输出端和所述数据输入模块的输出端，所述像素电路连接所述时钟/控制单元的输出端，所述量化电路连接所述像素电路的输出端；所述数据输出模块包括单端转差分电路及输出电路，所述单端转差分电路连接所述主模块的输出端，所述输出电路连接所述单端转差分电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的五端口芯片，其特征在于，所述时钟模块还用于对所述同步时钟进行倍频产生倍频时钟，且所述数据输出模块在所述倍频时钟控制下将所述待传差分数据输出。

3.根据权利要求2所述的五端口芯片，其特征在于，所述时钟模块采用可调倍频的锁相环电路实现，其中，所述锁相环电路工作于相位锁定状态。

4.根据权利要求1所述的五端口芯片，其特征在于，所述主模块还连接所述时钟模块的输出端，以基于所述同步时钟形成所述系统时钟。

5.根据权利要求1所述的五端口芯片，其特征在于，所述待传数据包括数字信号形式的图像数据。

6.一种芯片系统，其特征在于，所述芯片系统包括：

主芯片，采用如权利要求1-5任一项所述的五端口芯片；

从芯片，具有从时钟端口、从数据正端口和从数据负端口，且所述从时钟端口、所述从数据正端口和所述从数据负端口与所述主时钟端口、所述主数据正端口和所述主数据负端口对应连接以进行数据交互，用于向所述主芯片提供所述外部时钟和所述配置信息，及接收所述主芯片输出的所述待传差分数据。

7.根据权利要求6所述的芯片系统，其特征在于，所述从芯片包括：

时钟产生模块，用于产生所述外部时钟并通过所述从时钟端口输出；

数据产生模块，用于产生所述配置信息并将其转成配置差分数据以通过所述从数据正端口和所述从数据负端口差分输出；

数据处理模块，用于通过所述从数据正端口和所述从数据负端口接收所述待传差分数据并将其转成所述待传数据。

8.根据权利要求6所述的芯片系统，其特征在于，所述从芯片包括处理器芯片。

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