ES2476115B1 - Metodo y dispositivo para la deteccion de la variacion temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores - Google Patents

Abstract

Método y dispositivo de detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores, que comprende una matriz de pixeles, un bloque de ajuste automático de amplificación de la fotocorriente y un bloque arbitrador y codificador de eventos. Cada pixel comprende un fotosensor que genera una fotocorriente, un espejo de corriente de ganancia ajustable conectado a la salida del fotosensor, un amplificador de transimpedancia colocado a la salida del espejo de corriente, opcionalmente al menos un circuito de amplificación colocado a la salida del amplificador de transimpedancia, condensadores y detectores de umbral para determinar si la tensión de salida sobrepasa un umbral superior o baja por debajo de un umbral inferior para generar un evento en el pixel.

Description

Método y dispositivo para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de folosensores.

Objeto de la invención

La presente invención describe un método y dispositivo para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores Que soh.Jciona la problemática asociada a las invenciones del estado de la técnica mediante un método y dispositivo que reemplaza las etapas previas a la etapa de condensadores conmutados por una secuencia de etapas amplificadoras de transimpedancia y transconduclancia con espejos de comente, el primero de ellos de ganancia variable cuya ganancia se ajusta en función del promedio de luz ambiente calculado mediante un sistema de control automático de ganancia común para todos los píxeles. Se consgue asi reducir el área del píxel, su consumo, y se consiguen sensibilidades al contraste de alrededor del 1%.

La presente invención se enmarca en el campo de los sensores para visión artificial, y en parteular dentro del concepto de los denominados sensores de diferencia temporal o "Sensores Dinámicos de Visión", "Dynamic Vision Sensor' (DVS) en inglés.

Antecedentes de la Invención

Los sensores DVS son cámaras en las que cada pixel genera un evento cada vez que la kJz que incide sobre el ha cambiado en una proporción fija desde que éste generara el evento anterior. El evento será positivo si la luz aumentó, o negati..." si disminu}-Q. De esta manera, el sensor genera un flujo de eventos en el tiempo, donde cada evento está definido por la tema (x,y,s), donde (x.y) son las coordenadas del píxel en la matriz y 's' el sgno del evento. Este flujo de eventos representa la escena visual cambiante captada por el sensor. Este concepto de sensor fue originalmente introducido por Kramer «J. Kramer, "An Integrated Optical Transient Sensor," IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part-II: Analog and Digital Signal Processing, ,,,,,1. 49, No. 9, pp. 612-628, Sep. 2002) y (J. Kramer, "An on/off transient imager with event-driven, asynchronous read-out," IEEE Inl. Syrnp. On Circuits and Systems, ISCAS 2002, vol. 11. pp. 165-168, 2002)), pero su realización práctica planteaba un severo desaparea miento entre el comportamiento de los píxeles, lo cual limitaba la máxima sensibilidad al contraste temporal que se podla alcanzar a valores de entorno al 30% (P. Lichtsteiner, et al, "Improved ONfOFF Temporally Differentiating Address-Event Imager: Proceedings of the 2004 11th IEEE International Conference on Electrones, Circuits and Systems, 2004. ICECS 2004, pp. 211-214). Para mejorar este estado de la técnica, Lehtsteiner propuso posteriormente un sensor mejorado introduciendo una etapa de condensadores conmutados autotemporizada con dos condensadores (US 5168461) que proporcionaba un inferior desapareamiento entre el comportamiento de los píxeles, haciendo así posible que se alcanzaran sensibilidades al contraste temporal del orden del 15% {(P. Lichtsteiner, et al, "A 128x128 120 dB 151-1s Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor," IEEE J. SolidState Girc., ...,,1. 43, No. 2, pp. 566-576, Feb. 2008) y (US 7728269 82)).

Sin embargo, la etapa de condensadores conmutados requería que los dos condensadores tuvieran un valor muy dispar, lo cual en una realización de circuito integrado se traduce en que requieren un área apreciable dentro del área de cada píxel. En el sensor fabricado por Lichtsteiner ({P. Lichtsteiner, et al,"A 128x128 120 dB 151-1s Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor," IEEE J. Solid-8tate Circ., vol. 43, No. 2, pp. 566-576, Feb. 2008) y (US 77 28269 82)) estos condensadores ocupaban aproximadamente dos tercios del área total del pixel. Por consiguiente, al ser los píxeles grandes, el chip ocupa un área grande y es costoso econÓmeamente. Con el objeto de mejorar este nuevo estado de la técnica, Lef'iero (J. A. Lei'iero-8ardallo, at al, "A 3.6us Asynchronous Frame-Free Event-Oriven Dyname-Vision -Sensor," IEEE J. o, Solid-8tate Circuits, ...,,1. 46, No. 6, pp. 1443-1455, June 2011) propuso reducir la disparidad entre el valor de los condensadores a la vez que introducía una etapa amplificadora de tensión de área muy reducida previa a la de condensadores conmutados, consiguiendo asi reducir el área del pixel, así como mejorar ligeramente la sensibilidad al contraste temporal hasta valores de en tomo al 10%. Sin embargo, esta etapa amplificadora presentaba un alto consumo y deteroraba ligeramente el desapareamiento entre el comportamiento de los pixeles.

Para explear la mejora que supone la presente invención respecto del estado de la técnica, se ha tomado como referencia el sensor de Lichtsteiner (US7728269 B2), cu}Q diagrama de pixel simplificado se muestra en la figura 1. La luz sensada por el fotodiodo D se transforma en la fotocorriente IpII. Los transistores T1 a T4 transforman logarítmicamente IpI> a la tenson VP1 = V",""" + VJog(lptJ en el nodo P1. La fotocorriente IpI> que circula a través del transistor T4 y que sale por su nodo drenador PO, que se comparte por todos los píxeles de la matriz, se suma en el bloque sumador de corrientes n , que suma asi las fotocorrientes de todos los pixeles en la matriz. Esta suma se emplea después para ajustar automáticamente la compuerta del transistor T3 en los pixeles para minimizar el

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consumo del amplificadorT1.T3 adaptándolo a la luz ambiente (US 2004..u65876). Los transistores TSa y TSb copian VP1 al nodo P2. En la mejora de Leñero éstos dos transistores se reemplazan por una etapa amplificadora de tensión con ganancia Av, de manera que la tensión en P2 sería VP2 = A.,(Voorser + VJog(I",J), siendo Av=1 para la realización de Lichlsleiner y Av>1 para la realización de Lenero. El circu~o de condensadores conmutados formado por los condensadores el y C2 y los transistores T6 a T8, copia a P3 la variación de tensión en P2 desde un instante anterior de reseleo tI, multiplicado por la ganancia capacitiva Ac=Cz,c1. Así VP3(t) = AC(VP2(f) -VPif,)) = AcAvVJog(lph(t)/lph(t,)). Los transislores T9 a T11 detectan si VPJ(t) supera un determinado umbral positivo VR*, y si es asi, generan un evento positivo (ON). Los transistores T12 a T14 detectan si VP3(t) baja por debajo de un umbral negativo VR., y si es así, generan un evento negativo (OFF). Cada vez que el pixel genera un evento, se produce un reseteo del condensador Cl mediante el transistor de reset TI. Así el píxel genera un evento positivo en el instante t2 si VPJ(tv 2: VR* = AcAvV,jog(/""tv/lpI>(t ¡)), y un evento negativo si VP3(tv s: VR• = AcAvV,jog(lph(bJlI""t ¡y). Esto puede expresarse también como tJ..//1 = exp((VR+¡.)/(AcA vVo))-1 = 9./ . . Donde el parámetro 9+/. representa la sensibilidad al contraste positivo o negativo. El valor mínimo que se pueda ajustar para esta sensibilídad al contraste viene dado por la dispersión entre pixeles de los parámetros VR*¡., A c, Av y Va. El parámetro Vo es normalmente función de constantes fisicas y no sufre dispersión de pixel a píxel en el mismo chip. La dispersión de los parámetros VR.¡. viene dada por la dispersión en el comportamiento del amplificador T6 y T8 Y de los comparadores de tensión (transistores T9 a T11 y T12 a T14) y es normalmente alto debido a que el amplifICador T6 y T8 Y los comparadores se hacen pequeños para reducir el área total del píxel. El impacto del alto desapareamiento del amplificador y de los comparadores se reduce haciendo el producto del denominador AcAv alto. En el estado de la técnica de Lichlsteiner A,..:I , por lo que era obligatorio hacer Ac lo más grande posible. Por ejemplo, en la realización de Lichtsteiner (P. Lichtsteiner, et al, "A 128x128120 dB 151-1s Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor," IEEE J. SolidState Circ., vol. 43, No. 2, pp. 566-576, Feb. 2008) se le dio un valor de 20. El parámetro Ac también sufre de dispersión de píxel a píxel, pero es reduci::la ya que en circu~os integrados las relaciones entre capacidades de condensadores sufren baja dispersión (típicamente por debajo del 1%). En la realización de Leñero, el parámetro Av también introduce dispersión. Sin embargo, el parámetro Acse pudo reducir a 5 mientras que Avse fijó entorno a 25. De esta manera el producto era 125, lo cual mejoraba la sensibilidad al contraste total a pesar de aumentar ligeramente la dispersión. Sin embargo, la etapa extra amplificadora aumentaba muchísimo el consumo del píxel (por encima de un factor 10).

Por tanto, el estado de la técnica plantea el problema de que la sensibilidad al contraste no se puede mejorar sin

aumentar el área de los píxeles o sin aumentar el consumo de potencia. La presente invención, para solventar los problemas asociados al estado de la técnica , hace uso de amplificadores de transimpedancia mediante conexión de transistores MOS, polarizados en inversión débil y en configuración diodo, conectados en serie (ES 201130862).

Descripción de la invención

En la presente invención se presenta un método y dispositivo que resuelve el problema planteado por el estado de la técnica. Para ello la presente invención plantea conseguir una amplificación previa Av que no presente dispersión entre los píxeles de la matriz del sensor, que emplea amplificadores de transimpedancia mediante conexión de transistores MOS polarizados en inversión débil en configuración diodo conectados en serie. Sin embargo, cuando se conectan en serie varios transistores MOS polarizados en inversión débil en configuración dodo, hay que asegurar que la corriente de operación no sea excesivamente baja para que la operación del circuito no sea lenta, debido a las capacidades parásitas que introducen los transistores MOS. Por ejemplo, para los tamariOs típicos que se emplearian en los píxeles de un sensor dinámico de visión (DVS), habría que asegurar que la corriente de operación estuviera entamo a entre 1nA a 100nA. Esto garantizaria una velocidad de respuesta por debajo del mili segundo para cada pixel, lo cual permdiría al DVS poder usarse en aplcaciones de alta velocidad, que es cuando resulta competitivo con respecto a las cámaras convencionales basadas en fotogramas. Por otro lado, esta corriente tampoco debe ser demasiado elevada ya que eso haria que los transistores MOS dejaran de estar polarizados en inversió n débil. Para garantizar que los transistores MOS polarizados en inversión débil y en configuración diodo conectados en serie operen a corrientes altas (entamo a entre 1nA a 100nA), éstos no se pueden hacer operar directamente con las fotocorrientes que generan los fotodiodos, que tipicamente varían en función de la luz ambiente entre 1 femto amperio a 1 nano amperio. Por ello, la presente invención inckJye en cada píxel una etapa de amplificación de la corriente con una ganancia A, que se adapta al promedio de luz sensada por todos los píxeles <Iph>. De esta manera la corriente de operación del amplificador de transimpedancia basado en la conexión en serie de transistores MOS polarizados en inversión débil y en configuración diodo se mantiene a un nivel de corriente promedo <A,/ph> entre todos los pixeles que sea constante e igual a una corriente de referencia fijada con anterioridad /01 que esté típcamente entre 1nA y 100nA. Para ello la presente invención in cluye un mecanismo de control automático de la ganancia que por un lado sensa en cada instante la luz promedio incidente en la matriz de píxeles </pI» y por otro ajusta la ganancia de la etapa amplificadora de corriente A,de todos los píxeles para que el promedo <.A¡/ph> sea igual a una referencia constante lb! fijada por el usuario, típicamente entre 1nA a 100nA.

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Así, un primer objeto de la presente invención es un dispositivo de circuito integrado para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores que comprende al menos una matriz de píxeles, un bloque de ajuste automático de amplificaoon de la folocorrienle que se genera en cada pixel y un bloque arbitrador y codifcador de eventos conectado a la salida de la matriz de pixeles. A su vez, cada pixel de la matriz al menos comprende :

a) un folosensor que genera una folocorriente proporcional a una luz incidente en su superficie, dicha fotocorriente estará comprendida en una realización particular entre 1 femtamperio y 1 nanoamperio; b) un espejo de comente de ganancia ajustable que tiene una rama de entrada y dos ramas de salida , la primera de dichas saldas con ganancia en corriente ajustable y la segunda salida con ganancia en corriente fija. El espejo introduce una ganancia en corriente, fijada por el bbque de ajuste automático, y copia la fotocorriente a la rama de salida del espeja de corriente, amplificando la corriente en una realización más particular a un valor comprendido entre 1nA y 100nA. Además minimiza las excursiones de tensión en un nodo del fotosensor, evitando así la carga y descarga de la capacidad parásita en dicho nodo. La ganancia en corriente de este espejo la ajusta el bloque de ajuste automático de la amplificación de la corriente. Así, la rama de salda con ganancia fija copia la fotocorriente de entrada a un transistor colector conectado en configuración diodo y cuyos nodos están conectados con los transistores colectores del resto de píxeles de la matriz y la rama de ganancia en corriente ajustable copia la corriente de entrada a un amplificador de transimpedancia. d) el amplificador de transimpedancia colocado a la salida de la rama de ganancia ajustable del espejo de corriente de ganancia ajustable, estando el amplificador formado por al menos dos transistores MOS polarizados en inversión débil y colocados en serie, cada transistor MOS estando en configuración diodo, para la conversión de la fotocorriente a una tensión logarítmica. La cantidad de transistores colocados en serie dependerá de las necesidades de cada caso particular; e) un circuito de condensadores conmutados que comprende un primer condensador conectado a la salida del amplificador de transimpedancia, un segundo amplificador de tensión conectado al primer condensador y un segundo condensador conectado en serie con el primer condensador y en realimentación con el segundo amplificador de tensión, estando conectado el segundo condensador en paralelo con un transistor MOS que actúa de llave de reset; y, g) un primer detector de umbral para determinar si la tensión sobrepasa un umbral superior y un segundo detector de umbral para determinar si la tensión baja por debajo de un umbral inferior, estando ambos detectores conectados a la salida del segundo amplificador de tensión. Dichos umbrales superior e inferior estarán previamente establecidos por un usuario.

En una realización particular de la invención, se ha previsto que el folosensor sea un folodiodo, pero se podría utilizar cualquier otro dispositivo folotransductor que proporcione una fotocorriente a partir de la luz incd ente en él.

En otra realización particular de la invención, cada píxel comprende al menos un bloque de amplificación adicional colocado entre la salida del primer amplificador de transimpedancia y la entrada del circuito de condensadores conmutados. Estos bloques estarán conectados en cascada o iteración entre ellos. Además, la entrada del primer bloque de amplifICación adicional se conecta a la salida del amplificador de transimpedancia del pixel y la salida del último bloque de amplificación adicional se conecta al pmer condensador del circuito de condensadores conmutados. Cada uno de los bloques, a su vez, al menos comprende un amplifICador de transconductancia, un espejo de corriente de ganancia fija conectado a la salida del amplificador de transconductancia y un amplificador de transimpedancia adicional con al menos dos transistores MOS polarizados en inversión débil y colocados en serie, cada transislor MOS estando en configuración diodo. Este amplificador de transimpedancia adicional estará conectado a la salida del espejo de corriente de ganancia fija. Si sólo hubiese un único bloque de amplificación adicional, se entiende que será la entrada de este bloque la que se conecte a la salida del primer amplificador de transimpedancia del pixel y que será la salida de este mismo bloque la que se conecte a la entrada del primer condensador del circuito de condensadores conmutados.

En otra realización particular de la invención, cuando se ha previsto la inclusión de más de un bloque de amplificación adicional, dichos bloques se conectan entre ellos en cascada o iteración. La conexión del segundo bloque y sucesivos con el bloque inmediatamente anterior se realiza, mediante la conexión del terminal compuerta del amplifICador de transconductancia de cada bloque con la salida del amplificador de transimpedancia del bloque previo. Asi se consigue aumentar la amplificación aportada a la tensión logarítmica del espeja de corriente de ganancia ajustable.

Nótese que en las realizaciones en las que se hace uso de bloques de amplificacón adicional, el circuito de condensadores conmutados no se conecta directamente a la salida del primer amplifICador de transimpedancia del pixel, sino a la salida del amplificador de transimpedancia del último bloque conectado en cascada o iteración.

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En otra realización particular de la invención, el espejo de corriente de ganancia ajustable está formado por al menos un transistor MOS de entrada, un transistor MOS de salida y un amplifICador inversor de tensión. Dicho transistor MOS de entrada se ha diseñado, en aira realización más particular. de manera que su terminal de compuerta esté conectado a una tensión VG fijada previamente por un usuario desde el exterior del dispositivo, que será común a todos los píxeles de la matriz, su terminal drenador se conecte al fotodiado y su terminal fuente se conecte a la salida del amplificador inversor de tensión. Además, también se ha previsto que en otra realización particular de la invención el transistor MOS de salida del espejo de corriente de ganancia ajustable se haya diseñado de manera que su terminal fuente esté conectado con el terminal fuente del transistor MOS de entrada, su terminal de compuerta esté conectado a una tensión VGA que se fija mediante el circuito de control automático de ganancia y su terminal drenador actúe como salida del espejo de corriente de ganancia ajustable y se conecte a la entrada del primer amplificador de transimpedancia.

En otra realización particular de la invención, para cada píxel cu}'Q primer detector de umbral determina que la tensión ha sobrepasado el umbral superK:lr o cuyo segundo detector de umbral ha determinado que la tensión ha bajado por debajo de un umbral inferior, el bloque arbitrador y codificador de eventos comprende un procesador para la determinación de unas coordenadas x e y correspondientes a la posición del pixel en la matriz y para la generación de un evento con signo s, estando determinado el signo s por el primer y segundo detector de umbral, generando una palabra que codifica en binario el conjunto formado por las coordenadas (x,y) y el signo s. Concretamente, el primer detector generará una señal de signo positil,Q cuando se haya sobrepasado el umbral superK:lr y el segundo detector generará una señal de signo negatil,Q cuando se baje por debajo del umbral inferior.

En otra realización particular de la invención, el bloque de ajuste automático de la amplificación de la fotocorriente es un circuito de control automático de ganancia que al menos comprende: al una réplica del transistor colector de uno de los pixeles. b) una réplica del espejo de corriente de ganancia ajustable del pixel en el cual su transistor MOS de entrada tiene su compuerta conectada a la tensión VG y su salda se conecta a una primera referencia de corriente ' bl; cl un primer amplificador de tensión diferencial cuya entrada negativa se conecta a la salida del espejo y a la referencia de corriente Ib l , cuya entrada positiva se conecta a una referencia de tensión, y cuya salida se conecta a la compuerta del transistor MOS de salida, generando la tensión VGA~ dl un segundo amplificador de tensión diferencial conectado en configuración de ganancia unidad que copia la tensión VGA' a los terminales de compuerta VGA de los transistores de salida de los espejos de corriente de ganancia ajustable de los pixeles.

En otra realización particular de la invención, en el bloque de ajuste automático de la amplificación de la fotocorriente, siempre que los pixeles incluyan al menos un bloque de amplificación adCional, se dispone de un segundo transistor MOS de salida del espejo de ganancia ajustable que comparte los terminales de compuerta y fuente con el primer transistor MOS de salida, y cuyo terminal drenador constituye una segunda salida del espejo. A esta salida se conecta una etapa para el ajuste de los bloques de amplificación adicional en los pixeles. Esta etapa de ajuste adicional para el ajuste de los bloques de amplificación adioonal de los pixeles comprende: una etapa de amplificación de transimpedancia que es una réplca del primer amplificador de transimpedancia en los pixeles, un amplificador de transconductancia que es una réplica del primer amplificador de transconductancia en los píxeles, un amplifICador de tensión djferencial y una referencia de corriente Ib2. Estos elementos de la etapa para el ajuste de los bloques de amplifICación adicional en los pixeles están conectados de la siguiente manera: el nodo de entrada de la etapa de ajuste adCional es el nodo del amplificador de transimpedancia generando en él una tensión logarítmica; a este nodo se conecta también la compuerta del amplifICador de transconductancia cuya fuente comparte el nodo VO l con las fuentes de los amplificadores de transconductancia de todos los pixeles, y cu}'Q drenador se conecta a una referencia de corriente ' b2; este drenador se conecta a la entrada negativa del amplificador de tensión diferencial, cuya entrada poSitiva se conecta a una referencia de tensión, y cuya salida se conecta al nodo VOl .

En otra realización particular de la invención, si los píxeles contuvieran un segundo bloque de amplificación adicional para aumentar la amplificación de la tensión logarítmica, el bloque para el ajuste automático de la amplifcación de la fotocorriente contiene una segunda etapa de ajuste ad icional para el ajuste de dicho segundo bloque de amplificación adicional en los pixeles, a cuyo nodo de entrada se conectaria la referencia en corriente ' b2.

En otra realización particular de la invención, si los pixeles contuvieran más bloques de amplificación adioonal en cascada o iteración, se añadiran en igual número y en cascada o iteración en el bloque de ajuste automático de la amplificación de la fotocorriente más etapas de ajuste adicional para el ajuste de estos "bloques de amplificación ad icional" en los píxeles

En otra realización particular de la invención, a la salida del último amplificador de transimpedancia adicK:lnal que hubiera en los plxeles, se conecta la etapa de condensadores conmutados.

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En otra realización particular de la invención, se conecta a la salida de dicho primer condensador una etapa de condensadores conmutados, formada por un amplificador de tensión un segundo condensador en realimentación y un transistor MOS que actúa de llave de resel en paralelo con el segundo condensador, para añadir una amplificación adicional en tensión y calcular una diferencia en la tensión entre dos instantes consecuti'.Qs de rese!.

Un segundo objeto de la presente invención es un método para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores, que hace uso del dispos~i.." descrito anteriormente. Para llevar a cabo dicho método, en cada pixel de la matriz, se llevan a cabo al menos las siguientes etapas:

1) transformar la luz incdente en el píxel en una corriente Iph mediante el fotodiodo; 2) amplificar la corriente Iph hasta un valor A!ph mediante el espejo de corriente de ganancia ajustable: 3) adaptar el valor Al de forma que el promedio de Allph permanezca constante frente a las variaciones temporales de la intensidad luminosa promedio de todos los píxeles mediante el bloque de ajuste automático de amplificación de la fotocorriente; 4) convertir la corriente Alph adaptada a una tensión logarítmica mediante el amplificador de transimpedancia que comprende al menos dos de transistores MOS polarizados en inversión débil y conectados en serie, estando cada uno de ellos conectado en configuración diodo; 5) determinar, en el circuito de condensadores conmutados, una diferencia de tensión L1V= V(tV-V(t1) entre dos instantes consecutivos tI y t2 , provocada por una variación temporal de la intensidad luminosa y comparar la diferencia de tensión con un valor de referencia fija positiva VR+ y un valor de referencia fija negativa VR., siendo VR+ y VR. iguales para todos los pixeles de la matriz; 6) generar la señal digital s que se envía al bloque arbitrador y codificador de eventos, estando la señal seleccionada entre:

-evento positivo cada vez que el primer detector de umbral determina que la tensión sobrepasa el umbral superior, generado en el primer detector de umbral; y, -evento negativo cada vez que el segundo detector de umbral determina que la tensión baja por debajo del umbral inferior, generado en el segundo detector de umbral;

yen el bloque arbitrador y codificador de eventos conectado a la salida de la matriz de píxeles se llevan a cabo las

siguientes etapas posteriores: -identificar las coordenadas espaciales (x,y) de los píxeles de la matriz que han generado una señal digital. -enviar a un elemento extemo al dispositivo una palabra digital que contiene las coordenadas espaciales (x,y) y la señal s; y, -generar un flujo de palabras (x,y,s) que representan la variación temporal de intensidad luminosa en la

matriz de fotosensores.

En otra realización particular de la invención, se calcula una diferencia en la tensión entre dos instantes consecutivos de reset mediante la etapa de condensadores conmutados.

En otra realización particular de la invención, tras convertir la corriente Allph previamente adaptada a una tensión y como etapa previa a determinar en el circuito de condensadores conmutados una diferencia de tensión LlV= V(tv V(t l), el método objeto de la presente invención ha previsto amplificar la tensión proveniente de la conversión de la corriente Allph mediante el al menos un bloque de amplificación adicional (10).

Descripción de las figuras

Figura 1.-Muestra un ejemplo de realización del sensor de matriz de fotodiodos para la detección de escenas visuales dependientes del tiempo de Lichtsteiner descrito en la patente US7728269 82 y perteneciente al estado de la técnica.

Figura 2.-Muestra un ejemplo de realización del dispositivo de circuito integrado para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores objeto de la presente invención.

Figura 3.-Muestra una reafizacón particular de uno de los píxeles que conforma la matriz de pixeles del sensor mostrado en la figura 2.

Figura 4.-Muestra aira realizaoon particular de uno de los píxeles que conforma la matriz de píxe\es del sensor mostrado en la figura 2 en el que dicho pixel dispone de un bloque de amplificación adicional.

Figura 5.-Muestra un ejemplo de rea1ización del circuito de control automático de ganancia del sensor mostrado en la figura 2.

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Figura 6.-Muestra un ejemplo de realización del circuito de control automático de ganancia del sensor mostrado en la figura 2, en el que dicho circuito dispone de dos etapas de ajuste adicional.

Figura 7.-Muestra el diagrama de flujo de un ejemplo de realización del método objeto de la presente invención que hace uso del dispositivo mostrado en la figura 2.

Figura 8.-Muestra un amplificador de transimpedancia de NI transislores MOS polarizados en inversión débil en configuración diodo y conectados en serie de los empleados en la presente invención. Este lipo de transistores están descritos en la patente ES 201130862.

Ejemplos

Segu(lamente se realizan, con carácter itustrati\Q y no limitativo, una descripción de varios ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

En un primer ejemplo de realización del dispositi\Q objeto de la presente invención, la figura 2 muestra un dispositivo de circuito integrado para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores. Dicho dispositivo consta de una matriz (1) bidimensional (esta matriz también podria ser unidimensional) de pixeles que a su vez consta de una pluralidad (x,y) de pixeles (6), de un bloque arbitrador y codificador de eventos (2), que además comunica los eventos al exterior del aparato conectado a todos y cada uno de los píxeles (6) y de un bloque para el ajuste automático de ganancia en corriente AGC (3) conectado a la matriz (1). Dicha conexión entre la matriz (1) y el bloque AGC (3) se realiza mediante la interposición de un transistor MaS

(4) y un condensador (5) conectados a un \Qltaje V, .... que fija una representación del promedio espacio-temporal de las fotocorrientes generadas en la matriz (1) de píxeles, obteniéndose a la salida del bloque AGC (3) los voltajes VeA Y Vo;, donde i varia de 1 a n, siendo n el número total de bloques de amplificaoon de transimpedancia que usan los pixeles (6).

Las figuras 3 y 4 muestran dos realizaciones particulares de un píxel (6) que conforma la matriz de píxeles (1) de la figura 2. En ambas realizaciones preferentes, el pixel (6) comprende un fotodiodo O" dos condensadores Cs y C., Y una serie de transistores eh::¡uetados Ti, donde el índice "j" toma los valores numéricos del 1 al 15 más opcionalmente letras a, b, c, Ó d. El fotodiado D, proporcbna una fotocorriente /phl proporcional a la luz incidenle en el píxel (6). Los transistores T1 , a T3, constituyen un amplificador de tensión (7) de entrada V, y salida V2 que se conecta a las fuentes de los transistores PMOS T4al, T4b, y T5,. Este amplifcador de tensión (7) junto con el transistor T4a, constituyen la rama de entrada de un espejo de corriente (8) que recbe como entrada la fotocorriente /ph" a la vez que consigue f.ar la tensión V, a un valor constante. El espejo de corriente (8) presenta dos ramas de salida formadas por los transistores T4b, y T5,. La rama de salida formada por el transistor T4b, presenta ganancia unidad ya que T4b, comparte la tensión de compuerta con el transistor de la rama de entrada T4a, y los transistores T4a, y T4b, se hacen del mismo tamaf'io. Opcionalmente, se podria cambiar esta ganancia unidad por aira superior

o inferior, bien cambiando la proporción de tamaf'ios entre T4a, y T4a2, bien conectándolos a tensiones de compuerta diferentes, si por consideraciones de disef'io fuera conveniente. Sin pérdida de generalidad, se ha considerado aquí que la ganancia es la unidad. Por tanto T4b, proporciona una copia de la fotocorriente /ph' . Esta corriente se neva al transistor T4c " conectado en configuración diodo entre los nodos Vs ' y Vavg, que se comparten ambos entre todos los pixeies de la matriz. De esta manera en el nodo compartido V 1M} se forma una tensión que depende del promedio de las fotocorrientes entre todos los píxeles. El transistor T5, que forma la segunda rama de salida del espejo de corriente proporciona una corriente amplificada A¡/ph" donde la amplificación de corriente viene determinada por la diferencia entre las tensiones de compuerta VG y VGA . Esta diferencia de tensiones, que es común para todos los pixeles (6) ya que todos ellos comparten estas dos tensiones, la fija el bloque de control automático de ganancia (3) que se describe más abajo. La fotocorriente así amplificada Al/phI se conecta a un amplificador de transimpedancia (9) formado por los transistores T6a, a T6d " cada uno de ellos en configuración diodo, y que deben estar polarizados en inversión débil. La tensión Vol es la tensión de salida de esta etapa de transimpedancia y presenta un valor VOI= N,V"Jog(AI/ph,lIs), donde en este ejemplo de realización particular el número de transistores en el amplificador de transimpedancia es N,=4 . En el ejemplo de realización mostrado en la figura 3, esta tensión de salida Vol se conecta a la entrada de la etapa de condensadores conmutados (14) formada por los condensadores C3 y C4 Y los transistores T10al, T10b, yT11,.

El circuito de condensadores conmutados (14) formado por los condensadores C3 a C4 y los transistores T10a" T10b, y T11 1, copia a V"'¡J'/, la variación de tensión en Val desde un instante anterior de reseteo t" multiplicado por la ganancia capaCitiva ACI =C41C3. Así VdMl(t) = ACI(VOI(t) -VOI(tl)) = ACIN,volog(/phl(t)/lphl(tl)). Fíjese que en esta expresión han desaparecido todos los parámetros susceptibles de grandes dispersiones de pixel a pixel, quedando tan solo la amplificación capacitiva ACI que presenta baja dispersión, los números Ni que no tienen dispersión, yel parametro flsico Va que presenta baja dispersión. Los transistores T12 , y T13, detectan si Vd"' supera un determinado umbral positivo VR*, generando un evento positivo (ON). Los transistores T14, a T15, detectan si Vdiffl

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baja por debajo de un umbral negativo VR-. generando un evento negati'.U (OFF). Cada vez que el pixel (6) genera un evento, se produce un reseteo del condensador C3 mediante el transistor de rese! T11,. Así el pixel (6) genera un evento positi\Q en el instante t2 si VR.=Ac,N ,V,jog(lph¡(t2ll'ph¡(t,)), y un evento negativo si VR_ =Ac!N ,V,:Jog(lphdtVl'ph,(t,)). Esto puede expresarse también como!:J.I//=exp«VR./.)/(Ac!N ,Vo))-1= 0+/_ .

En el ejemplo de realización del píxel mostrado en la figura 4 se ha optado por añadr una segunda etapa de amplificación añadiendo un bloque de amplificación adicional (10). Para ello se requiere añadir una etapa de transconduclancia (11 l, un espejo de corriente (12) y un segundo amplificador de transimpedancia (13). La etapa de transconductancia (11) la constituye el transistor MOS T7 1 polarizado en inversión débil que proporciona una corriente 1z=lsexp((Vo,-Vo,)NJ . El espejo de corriente (12) lo constituyen en este caso y sin pérdida de generalidad los transistores T8a1 a T8c1 y éstos copian la corriente presente en la rama de entrada 12 a la rama de salida. La ganancia o atenuación en este proceso de copia viene dado por la proporción relativa en los tamaf'ios de los transistores T8b 1 y T8c1. Sin pérdida de generalidad, se ha considerado que los transistores T8b1 y T8c1 son del mismo tamaf'io, por lo que la ganancia del espejo (12) será la unidad. Asi, el espejo (12) proporciona una corriente igual a Iz. Esta corriente ataca a una segunda etapa de transimpedancia (13) fOffilada en este caso por tres transistores que son T9al, T9b 1y T9cl que proporciona una tensión de salida VorN ,NzVoIog{A¡lpMlIs), donde en este ejemplo de realización particular el número de transistores en el segundo amplifICador de transimpedancia (13) es Nz=3. El bloque de amplificación adicional (10) constituoo por los transistores T7" T8i1, T9jl, se puede volver a repetir tantas veces como se necesite y resulte viable , para así aumentar el factor de amplificación en la tensión final de salida de la última etapa de transimpedancia. Esta salida se conecta al circuito de condensadores conmutados (14). La Figura 4 muestra el ejemplo en el que el número de amplificadores de transimpedancia es n=2 , puesto que solo hay un bloque de amplifICación adicional (10), y por tanto la salida de la última etapa es Voz. No obstante, colocando más bloques de amplificación adicional en cascada o iteración a la salida de este primer bloque de amplificación adicional y donde el último de dichos bloques se conecta a la entrada del circuito de condensadores conmutados (14) se consigue aumentar el factor de amplificación en la tensión final de salida de la última etapa de transimpedancia (13). Asi, a la salida de la etapa de transimpedancia (13) del último bloque de amplificación adicional (10) se obtiene una tensión V"" (n=no de bloques de amplificación adicional colocados en cascada o iteración menos uno, o n=n° de amplificadores de transimpedancia). Asi en este caso Vd/fI(l) = Ac/(Voz(l) -Voz(I /)) = AcININNJog(lph,(t)/lrn,(t l)), y de forma análoga a la anterior, el pixel (6) genera un evento positivo en el instante tz si VR+=AcIN INNJog(lph,(t0/lph,(tl)), y un evento negativo si VR.=Ac/N /NNJog(lph,(t0/lph,(tl)). De esta manera resulta una sensibilidad al contraste 0+/. =exp«VR+/.)I(AcINrVo))-1, siendo Nr=N,Nz. En una realización con n amptificadores de transimpedancia seria Nr= N,Nz ... Nn.

Por tanto, si en la flQura 1 se fijaba una proporción entre C2 y C1 de valor Ac=C21C1=20, en los circuitos ejemplo de las figuras 3 y 4 se puede conseguir Ac1N1N;p24 haciendo AC1=2 (con N,=4, N;p3), lo cual se consigue gastando muy poca área en condensadores en una realización de circuito integrado. En una realización lipica, se fijaria Ac ,=5, que tampoco se traduce en un consumo de área significativo dentro del píxel (6), consiguiéndose sin embargo una ganancia total Ac,N ,Nz=60 bastante más elevada, con la consiguiente mejora apreciable de la sensibilidad al contraste, que puede llegar bajo estas circunstancias a fijarse en torno aI 1%.

Fuera de la matriz bidimensional (1) de píxeles de la figura 2 se encuentra el circuito de control automático de ganancia (3) del que se muestran dos ejemplos de realización en las figuras 5 y 6. Este circuito comparte con todos los plxeles (6) los nodos denominados Va--g, VG, VGA Y Va;. con i=1 hasta k, siendo k-1 el número de bloques de amplificación adicional (10) que se han incluido en los pixeles (6), siendo a su vez k=n-1. El nodo V8Io9 es una representación del promediado espacio-temporal <lpI? de la fotocorriente recibda por todos los fotadiados O, de la matriz de píxeles (1). Esta tensión controla la compuerta del transistor T4c2 que genera asi una corriente igual al promedo espacio-temporal <Iph>. Por tanto, el transistor T4c2 está actuando como un fotododo que proporciona la fotocorriente promedio <lrJI>. Los transistores T12, T22 YT32 hacen la misma función que los T1 1, T21, Y T31 de las figuras 3 y 4 dentro de cada pixel, esto es, forman un amplificador de tensión (15). Los transistores T4a2 y T52 hacen la misma función que los T4al y T5, dentro de cada píxel (6), esto es, forman un espejo de corriente de ganancia controlable (16), cuya ganancia depende de la diferencia de tensiones VGA'-VG. La salida del espejo de corriente (16) que se corresponde al transistor MOS T52se lleva a una fuente de corriente de referencia de valor ' bl. Se conecta el amplificador de tensión diferencial A1 de manera que compara la tensión a la salida del espejo de corriente de ganancia ajustable (16) con una referencia de tensión, y su salida ajusta la compuerta del transistor de salida T52del espejo de corriente de ganancia ajustable, esto es, controla la tensión VGA'. El resultado que se consigue con este amplificador A1 asi conectado es que la ganancia Al del espejo de corriente (16), formado por los transistores T4a2 y T52. se auto ajusta para que Ar<lph> se iguale a 101. La tensión de compuerta VGA' así generada se copia a las compuertas de los transistores T51 de todos los pixeles como la tensión VGA mediante el amplificador de tensión diferencial configurado en ganancia unidad A2. Si los píxeles contuvieran una sola etapa de transimpedancia, es decir si n=1 , el circuito de control automático de ganancia terminaría aquí (Figura 5).

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Si los píxeles contuvieran una segunda etapa de transimpedancia , es decir un primer bloque de amplificación adicional (10), es decir si n=2, habría Que añadir el transistor T5b2 Que proporciona una copia adiconal de la salida del espejo de corriente de ganancia ajustable (16), proporcionando una corriente A¡<.Ipi? , y una primera etapa de ajuste adicional (17). Este circuito comprendería un amplificador de transimpedancia (18), un amplificador de Iransconduclancia (19), una referencia de comente Ib2 y un amplificador de tensión diferencial A3. La corriente At</pi? se proporciona al amplifICador de transimpedancia (18) formado por los transistores T682 a T6d2, que son una réplica de los transistores T6a, a T6<:I, de la figura 3 que forman la primera etapa de transimpedancia {9} en los píxeles (6). La salida de esta etapa de transimpedancia se conecta al amplificador de transconductancia (19) formada por el transistor T72 que es una réplica del transistor T7 1en todos los píxeles (6). La salida del amplificador de transconductancia (19) se conecta a una referencia de corriente 11>2. Esta salida también se conecta a la entrada de un amplificador de tensión diferencial, que la compara con una referencia de tensión y proporciona su salida al nodo VQ I del amplificador de transconductancia. El resultado de esta configuración es que la tensión VQ I se auto ajusta para que el amplificador de transconductancia (19) T72 proporcione la corriente 11>2. Como la tensión VQI se comparte con todos los píxeles (6) de la matriz (1), se consigue así que los amplificadores de transconduclancia

(11) T7, de todos los píxeles (6) operen a una corriente promedio igual a 1/>2.

Si los pixeles contuvieran una tercera etapa de transimpedancia, es decir un segundo bloque de amplificación adicional (10) en cascada o iteración con el primero, es decir si n=3, al circuito de control automáh::o de ganancia (3) habría que añadir una segunda etapa de ajuste adicional (20). Este ejemplo de realización es el mostrado en la figura 6 . Ésta contendría una réplica de la segunda etapa de transimpedancia (21) formada por los transistores T9a 2, T9b2 y T9c2 alimentados por una comente igual al promedio de la comente correspondiente en los pixeles (6). En este ejemplo particular, esta comente seria 9ual a 11>2, ya que el espejo formado por T8a 1a T8c1 en los pixeles (6) se le habia supuesto de ganancia undad. Si su ganancia no fuera unidad, habría que multiplicar esta corriente 11>2 por dicha ganancia. Se añade a su vez el amplificador de transconductancia (22) T102 Y el amplificador A4 junto con una referencia de comente 11>3 que representa el valor del promed io de corriente al que queramos hacer operar al tercer amplificador de transconductancia dentro de los pixeles. Al igual que en la primera etapa de ajuste adicional (17), en la segunda etapa de ajuste adicional (20) se genera una tensión V02 que se comparte con todos los píxeles (6), ajustando así el promedio de corriente del segundo amplifc ador de transconductancia (13) en los pixeles (6).

Si los pixeles (6) tuvieran más bloques de amplificación adicional (10), en el circuito de control automático de ganancia (3) se irían repitiendo más etapas de ajuste adicional (20) colocadas en cascada o iteración.

La figura 7 muestra un ejemplo de realización del método objeto de la presente invención. Dicho método se ha representado mediante un diagrama de flujo que consta de dos partes, una primera parte (45) que describe la secuencia de pasos a realizar dentro de cada píxel, y la segunda parte (44) describe los pasos a realizar fuera de la matriz de píxeles para efectuar el ajuste automático de ganancia en corriente. Asi, en cada uno de los píxeles en primer lugar, el sensor de luz integrado proporciona (23) una fotocomente Iph proporcional a la luz incidente en el pixel en cada instante. Posteriormente se envía (24) una copia de la fotocorriente al bloque encargado del ajuste automático de ganancia (AGC). Esta fotocorriente se amplifica (25) pasando a A¡lph, donde la ganancia en corriente A¡ la determina el propio AGC. La corriente resultante A¡lph se convierte a tensión (26) med iante un amplificador de transimpedancia (perteneciente al estado de la técnica) de NI transistores MOS (43) polarizados en inversión débil en configuración diodo y conectados en serie tal y como se muestra en la f9ura 8. Cada transistor MOS en configuración diodo genera una diferencia de potencial de valor Volog(Alpl/ls), donde Voes un parámetro físico que sufre baja dispersión de pixel a píxel, e 1$ es un parámetro tecnol:lgico que si sufre dispersión relevante de píxel a pixel. En consecuencia, la tensión de salida de la etapa de transimpedancia será Vol = NN"Jog{A¡I¡mIls).

Dependiendo de cada caso , la tensión obtenida VOl se evalúa (27) para decidir si es o no suficiente, de manera que si no se necesitase más amplificación, la tensión de salida VOl se usará directamente en el paso (33) mostrado más adelante. Si se requiriese más amplificación, la tensión de salida Vol se transforma (28) a una corriente 12 = 102 exp(VoWVo), mediante una amplificación de transconductancia. Esta corriente 12 se copia (29) con una amplificación o atenuación opoonal A2, dando lugar a una corriente AV2. Si Ar1 no hay amplifcación ni atenuación. Si A.,>1 hay amplificación y si A2"1, hay atenuación. Esta ganancia/atenuación A2no requiere ajuste automático de ganancia. La comente resultante AV2 se convierte a tensión (30) mediante un amplificador de transimpedancia de N2 transistores MOS polarizados en inversión débil en configuraoon diodo conectados en serie de modo análogo a como se muestra en la figura 8. La tensión de salida de esta etapa de transimpedancia será Vo2 = NNJog(A21;!Is).

Las fases (27 a 30) se pueden volver a repetir n-2 veces, si el voltaje V02 a la salida sigue sin ser sufciente (31). Al final, la tensión de salida resultante será V"" = NlxN2x ... xNnVJog(Ai1.A2X .. . xAnlpt>lls). Posteriormente se calcula (33) en cada instante la diferencia entre la salida de tensión resultante V",,(t) y la que hubo en el instante de reseteo inmediatamente anterior t~t. Se obtiene asi en cada instante el valor t:.V(t)=v""(t)-V,,,,(tffl$..,J NlxN:zX ... xNnVJog(lph(t)flph(t",..,J ), donde han desaparecdo los parámetros con alta dispersión A¡ e Is. Si en un instante dado /::"V(t) supera una referencia de tensión positiva preestablecda VR+ (34) se establece el siguiente

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instante de reseteo, acbJalizando t",seF t (35), Y el pixel emite un evento positivo (36). Si en un instante dado /::"V(t) baja por debajo de una referencia de tensión negativa preestablecida VR_(37), se establece el siguiente instante de reseteo , actualizando t",seFt (38), y el pixel emite un evento negativo (39). Finalmente, para cada evento que genere cada pixel, se envía un evento (40) al exterior del sensor formado por las coordenadas (x,y) del pixel que ha

5 generado el evento así como el signo s del evento generado.

En cuanto a la segunda parte del método, en el AGC se calcula el promedio de folocorrienle <1m> (41) empleando las copias de fotocorriente proporcionadas por todos los píxeles. Luego, se calcula el cociente A,=/od< /p"> (42), donde ' 01 es el nivel de corriente promedio al que se quiere hacer operar el primer amplifICador de transimpedancia y

10 este va lor resultante Al es el que se emplea como la ganancia de amplificación de corriente en todos los píxeles. tal y como se describió en la fase de amplificación de la fotocorriente (25) en el AGC pasando a Allph.

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Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Dispositivo para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores, caracterizado porque al menos comprende:

   • una matriz de píxeles, donde cada píxel al menos comprende: a) un folosensor que genera una folocomenle proporcional a una luz incidente en su superfICie; b) un espejo de corriente de ganancia ajustable (8) que comprende una rama de entrada, una primera rama de salida con ganancia en corriente ajustable y una segunda rama de salida con ganancia fija, que copian la folocorrienle de entrada a sendas salidas y donde la rama de salida con ganancia fija se conecta a un transistor colector (T4c1) conectado en configuración diodo y CU~S nodos están conectados con los transistores colectores del resto de pixeles de la matriz; c) un amplificador de transimpedancia (T6a1-T6d1 ) colocado a la salida del espejo de corriente de ganancia ajustable, estando el amplificador formado por al menos dos transistores MQS polarizados en inversión débil y colocados en serie, cada transistor MOS estando en configuración d(¡do, para la conversión de la fotocorriente a una tensión logaritmica; d) un circuito de condensadores conmutados (14) que comprende un primer condensador (C4) conectado a la salida del amplificador de transimpedancia (T6a1-T6d1), un amplificador de tensón (T10a1-T10b1) conectado al primer condensador (C4) y un segundo condensador (C3) conectado en serie con el primer condensador (C4) y en realimentación con el amplificador de tensón, estando conectado el segundo condensador en paralelo con un transistor MOS (T11 1) que actúa de llave de reset; y, e) un primer detector de umbral para determinar si la tensión sobrepasa un umbral superior y un segundo detector de umbral para determinar si la tensión baja por debajo de un umbral inferior, estando ambos detectores conectados a la salida del amplificador de tensión (T10a1-T10b1) y estando los umbrales superior e inferior previamente establecidos por un usuario.

   -un bloque de ajuste automático de amplificación de la fotocorriente que calcula el promedio de las fotocorrientes de los píxeles de la matriz; y, -un bloque arbitrador y codificador de eventos conectado a la salida de la matriz de píxeles.
2. 2.-Dispositi'o{) para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 1,caracterizado porque la conexión del amplificador de transimpedancia (T6a1-T6d1) con el circuito de condensadores conmutados (14) se realiza mediante la interposición de al menos un bloque de amplificación adicional (10), estando conectados los bloques de amplificación (10) en cascada o iteración, donde la entrada del primer bloque de amplificación adioonal (10) se conecta a la salida del primer amplificador de transimpedancia (T6a1-T6d1) y la salida del último bloque de amplificación adicional (10) se conecta al primer condensador (C4) del circuito de condensadores conmutados (14), donde cada bloque al menos comprende un amplifICador de transconductancia (11), un espejo de corriente de ganancia fija (12) conectado a la salida del amplificador de transconductancia (11) y un amplificador de transimpedancia (T9a1-T9c1) adicional con al menos dos transistores MOS polarizados en inversión débil y conectados en conf9uración diodo, estando el segundo amplificador de transimpedancia conectado a la salida del espejo de corriente de ganancia fija;
3. 3.-Dispositi-.u para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 2 caracterizado porque cuando existe más de un bloque de amplificación adicional (10), los bloques (10) se conectan entre ellos en cascada o iteración, mediante la conexión del terminal compuerta del amplificador de transconductancia (11 ) de cada bloque con la salida del amplificador de transimpedancia (T9a1-T9c1) adicional del bloque previo.
4. 4.-Dispositi-.u para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el espejo de corriente de ganancia ajustable está formado por al menos un transistor MOS de entrada (T 4a1), un transistor MOS de salida (T51 l y un amplificador inversor de tensión (T11-T31l.
5. 5.-Dispositi-.u para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 4, caracterizado porque en el transistor MOS de entrada (T4a1) del espejo de corriente de ganancia ajustable tiene: -su terminal de compuerta conectado a una tensión VG fijada previamente por un usuario desde el exterior del dispositivo; -su terminal drenador conectado al fotosensor, y, -su terminal fuente conectado a la salida del amplificador inversor de tensión (T11-T31).
6. 6.-Dispositi-.u para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el transistor MOS de salida (T51) del espejo de corriente de ganancia ajustable tiene: -su terminal fuente conectado con el terminal fuente del transistor MOS de entrada (T4a1);

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   -su terminal de compuerta conectado a una tensión VGA que se fija mediante el circuito de control automático de ganancia; y, -su terminal drenador conectado a la entrada del primer amplificador de lransimpedancia (T6a1-T6d1 l.
7. 7.-Dispositivo para la detección de la variación temporal de la intensidad h.Jminosa, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el bloque arbitrador y codificador de eventos comprende un procesador para , cuando el primer delector de umbral determina que la tensión ha sobrepasado el umbral superior o cuando el segundo delector de umbral determina que la tensión ha bajado por debajo del umbral inferior, determinar unas coordenadas x e y correspondientes a la posición del pixel en la matriz y generar un evento con signo s, estando determinado el signo s por el primer y segundo detector de umbral, generado una palabra que codifica en binario el conjunto formado por las coordenadas (x,y) y el signo s.
8. 8.-Dispositil,Q para la detección de la variaoon temporal de la intensidad luminosa, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque para el ajuste automáh:o de la amplificación de la foto comente es un circuito de control automático de ganancia que al menos comprende: a) una réplica del transistor colector de los píxeles (T4c2). b) una réplica del espejo de corriente de ganancia ajustable del pixel en el cual el terminal de compuerta de su transistor MOS de entrada (T4a2) está conectado a una tensión VG, su transistor MOS de salida (T52) a una tensión VGA' Y su salida se conecta a una primera referencia de corriente ' 0/; c) un primer amplificador de tensión diferencial (A1 ) cuya entrada negativa se conecta a la salida del espejo, cuya entrada poSitiva se conecta a una referencia de tensión, y cuya salida se conecta a la compuerta del transistor MOS de salida (T52), generando la tensión VGA '; d) un segundo amplificador de tensión diferencial (A2), conectado en configuración de ganancia unidad, que copia la tensión VGA ' a los terminales de compuerta de los transistores de salida (T51) de los espejos de corriente de ganancia ajustable (8) de los píxeles cuya tensión es VGA;
9. 9.-Dispositil,Q para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 8, caracterizado porque el bloque para el ajuste automático de la amplificación de la fotocorriente comprende un segundo transistor MOS de salida (T5b2) del espejo de ganancia ajustable que comparte los terminales de compuerta y fuente con el primer transistor MOS de salida (T52), y cuyo terminal drenador constituye una segunda salida del espejo y una etapa de ajuste adicional por cada bloque de amplificaoon adicional (10) del pixel, donde cada etapa de ajuste adicional comprende: -un amplificador de transimpedancia (T6az-T6cb) que es una réplica del primer amplificador de transimpedancia en los píxeles (T6al-TBd1) cuya entrada se conecta a la salida del transistor MOS de salida (T5b2) generando en el amplificador (T6az-TBd 2) una tensión logarítmica;

   •

   un amplificador de transconductancia (T72) que es una réplica del amplificador de transconductancia (11) en los bloques de amplificación adicional (10) en los píxeles (T7 1), cuya compuerta se conecta a la salida del transistor MOS de salida (T5b2), su fuente está a un I,Qltaje VOl común a tados los píxeles, y cuyo drenador se conecta a una referencia de corriente 102. y,

   •

   un tercer amplificador de tensión diferencial (A3) cuya entrada negativa se conecta a la segunda referencia de corriente Ib2, cuya entrada positiva se conecta a una referencia de tensión, y cuya salida se conecta al nodo VOl

10. 10.-Dispositivo para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque el bloque de ajuste automático de la amplificación de la folocorriente comprende una etapa de ajuste adicional por cada bloque de ajuste adicional del pixel, estando cada etapa de ajuste adicional conectada en cascada o iteración a la etapa de ajuste adicional previa.
11. 11 .-Método para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa en una matriz de fotosensores, que hace uso del dispositivo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque en cada pixel de la matriz, se llevan a cabo al menos las sigu ientes etapas:

    1) transformar la luz incdente en el píxel en una corriente Iph mediante el fotodiado; 2) amplificar la corriente 1"" hasta un valor Alph mediante el espejo de corriente de ganancia ajustable; 3) adaptar el valor Al de forma que el promedio de A¡/"" permanezca constante frente a las variaciones temporales de la intensdad luminosa promedio de todos los píxeles mediante el bloque de ajuste automático de amplificación de la fotocorriente, que ajusta la amplificación Alen la etapa 2; 4) convertir la corriente A,Iph adaptada a una tensión mediante el amplifICador de transimpedancia (T6al'

    TBd ,) que comprende una pluralidad de transistores MOS polarizados en inversión débil y conectados en

    serie, estando cada uno de ellos conectado en configuración diodo; 5) determinar en el circuito de condensadores conmutados una diferencia de tensión .i1V= V(tv ·V(t,) entre dos instantes consecutivos tI y t2, provocada por una variación temporal de la intensidad luminosa y comparar la diferencia de tensión con un valor de referencia fija positiva VR* y un valor de referencia fija negativa VR., siendo VR* y VR• iguales para todos los píxeles de la matriz;

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    6) generar la senal digital s que se envía al bloque arMrador y codificador de eventos, estando la senal

    seleccionada entre: -un evento positivo cada vez que el primer delector de umbral determina que la tensión sobrepasa el umbral superior, generado en el primer detector de umbral; y,

    5 -un evento negativo cada vez que el segundo detector de umbral determina que la tensión baja

    por debajo del umbral inferior, generado en el segundo detector de umbral; yen el bloque arbitrador y codificador de eventos conectado a la salida de la matriz de píxeles se llevan a cabo las siguientes etapas:

    -

    identificar las coordenadas espaciales (x,y) de los píxeles de la matriz que han generado una senal digital.

    10 -enviar a un elemento externo al dispositivo un evento que contiene las coordenadas espaciales (x,y) y la señal s; y, -generar un flujo de eventos (x,y,s) que representan la variación temporal de intensidad luminosa en la matriz de fotosensores.

    15 12.-Método para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 11, caracterizado porque se calcula una diferencia en la tensión entre dos instantes consecutivos de reset mediante el circuito de condensadores conmutados.
12. 13.-Método para la detección de la variación temporal de la intensidad luminosa, según la reivindicación 11 o 12,

    20 caracterizado porque ttas convertir la corriente A¡/"" adaptada a una ten sión y como etapa previa a determinar en el circuito de condensadores conmutados una diferencia de tenson .1V= V(t~-V(tl), comprende amplificar la tensión proveniente de la conversión de la corriente A¡/pto mediante el al menos un bloque de amplificación adicional (1 O).