KR102136055B1 - 오픈-루프 증폭기를 포함하는 비전 센서 칩, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템 - Google Patents

오픈-루프 증폭기를 포함하는 비전 센서 칩, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

비전 센서 칩은 입사광에 기초하여 전류를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기와, 상기 전류-전압 변환기의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터와, 리셋 스위치를 포함하고 상기 AC 커플링 커패시터를 통해 전송된 상기 전류-전압 변환기의 상기 전압을 증폭하는 오픈-루프 증폭기와, 상기 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 변화를 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 이벤트 검출 회로 블록과, 상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 리셋 신호를 생성하는 리셋 신호 생성기를 포함한다.

Description

오픈-루프 증폭기를 포함하는 비전 센서 칩, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템{VISION SENSOR CHIP HAVING OPEN-LOOP AMPLIFIER, METHOD THEREOF, AND DATA PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 비전 센서 칩에 관한 것으로, 특히 오픈-루프 증폭기를 포함하는 비전 센서 픽셀을 포함하는 비전 센서 칩, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템에 관한 것이다.
움직임 검출기(motion detector)는 움직이는 물체들, 특히 사람을 검출하는 장치이다. 상기 움직임 검출기는 사람의 움직임을 자동으로 검출하는 태스크 (task)를 수행할 수 있는 시스템의 구성 요소(component)로서 집적될 수 있다.
움직임 검출기는 움직임의 검출을 전기 신호로 변환할 수 있는 움직임 센서를 포함한다.
스마트폰 또는 태블릿 PC가 발전함에 따라, 사람의 움직임을 검출할 수 있는 움직임 센서가 상기 스마트폰 또는 상기 태블릿 PC에 내장되고 있다. 상기 스마트폰 또는 상기 태블릿 PC에 다양한 기능들을 수행하는 집적 회로들이 내장됨에 따라, 상기 움직임 센서의 크기, 상기 움직임 센서의 감도, 및 상기 움직임 센서에서 소모되는 전력이 중요한 쟁점(issue)으로 등장하고 있다.
상기 움직임 센서에는 상당히 많은 트랜지스터와 큰 용량의 커패시터가 집적되므로, 상기 움직임 센서의 크기가 커진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 움직임 센서의 크기를 줄이기 위해 상기 움직임 센서에 오픈-루프 증폭기를 집적하고, 상기 오픈-루프 증폭기가 집적됨에 따라 상기 움직임 센서에 집적되는 트랜지스터의 개수와 커패시터의 크기를 줄일 수 있는 새로운 구조의 움직임 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 비전 센서 칩은 입사광에 기초하여 전류를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기와, 상기 전류-전압 변환기의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터와, 리셋 스위치를 포함하고 상기 AC 커플링 커패시터를 통해 전송된 상기 전류-전압 변환기의 상기 전압을 증폭하는 오픈-루프 증폭기와, 상기 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 변화를 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 이벤트 검출 회로 블록과, 상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 리셋 신호를 생성하는 리셋 신호 생성기를 포함한다.
상기 전류-전압 변환기는 동작 전압을 공급하는 제1라인과 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자 사이에 접속된 바이어스 회로와, 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자와 접지 사이에 접속되고 상기 광전 변환 소자의 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제1트랜지스터와, 제2라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 출력 단자 사이에 접속되고 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제2트랜지스터를 포함한다.
상기 이벤트 검출 회로 블록은 동일한 위상을 갖는 상기 두 개의 검출 신호들을 생성할 수 있다.
상기 이벤트 검출 회로 블록은, 서로 다른 레벨을 갖는 두 개의 문턱 전압들 각각과 상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압의 비교 결과들에 기초하여, 두 개의 스위치 신호들을 생성하는 스위치 신호 생성 회로와, 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 및 상기 두 개의 스위치 신호들에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 이벤트 검출 회로를 포함한다.
상기 이벤트 검출 회로 블록은 상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제1문턱 전압을 비교하고 제1스위치 신호를 출력하는 제1스위치 신호 생성기와, 상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제2문턱 전압을 비교하고 제2스위치 신호를 출력하는 제2스위치 신호 생성기와, 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 상기 제1스위치 신호, 및 상기 제2스위치 신호에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 이벤트 검출 회로를 포함한다.
상기 제1문턱 전압은 상기 제2문턱 전압보다 낮거나 높을 수 있다.
상기 리셋 신호 생성기는 커패시터와, 상기 커패시터에 병렬로 접속된 방전 회로와, 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 어느 하나에 응답하여 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 다른 하나를 상기 커패시터로 공급하는 스위치 회로를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템은 복수의 비전 센서 픽셀들을 포함하는 비전 센서 칩과, 상기 비전 센서 칩의 동작을 제어하는 프로세서를 포함한다. 상기 복수의 비전 센서 픽셀들 각각은 입사광에 기초하여 전류를 생성하는 광전 변환 소자와, 상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기와, 상기 전류-전압 변환기의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터와, 리셋 스위치를 포함하고 상기 AC 커플링 커패시터를 통해 전송된 상기 전류-전압 변환기의 상기 전압을 증폭하는 오픈-루프 증폭기와, 상기 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 변화를 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 이벤트 검출 회로 블록과, 상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 리셋 신호를 생성하는 리셋 신호 생성기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 비전 센서 칩의 동작 방법은 입사광에 기초하여 생성된 전류를 전압으로 변환하는 단계와, 상기 전압을 AC 커플링 커패시터로 직접 전송하는 단계와, 리셋 스위치를 포함하는 오픈-루프 증폭기를 이용하여 상기 AC 커플링 커패시터의 출력 전압을 증폭하는 단계와, 증폭된 출력 전압을 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 단계와, 상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 비전 센서 픽셀은 상기 비전 센서 픽셀에 오픈-루프 증폭기가 집적됨에 따라 상기 비전 센서 픽셀에 집적되는 트랜지스터의 개수와 커패시터의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 상기 비전 센서 픽셀의 크기와 상기 비전 센서 픽셀의 전력 소모가 감소하므로, 상기 비전 센서 픽셀을 포함하는 비전 센서 칩의 크기와 상기 비전 센서 칩의 전력 소모도 감소하는 효과가 있다.
상기 비전 센서 픽셀의 크기가 감소함에 따라, 상기 비전 센서 픽셀을 포함하는 비전 센서 칩의 해상도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 센서 칩의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 비전 센서 픽셀의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 비전 센서 픽셀의 회로도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 비전 센서 픽셀의 움직임을 검출하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 3에 도시된 비전 센서 픽셀의 동작을 설명하기 위한 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 파형도와 동작 신호들의 레벨들을 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 비전 센서 칩을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 1에 도시된 비전 센서 칩을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 1에 도시된 비전 센서 칩의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비전 센서 칩의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 비전 센서 칩(100)은 비전 센서 픽셀 어레이(110), X-아비터(X-abritor; 130), Y-아비터(Y-arbiter; 150), 및 컨트롤러(170)를 포함한다.
비전 센서 칩(100)은 사람(또는 물체)의 움직임을 검출할 수 있는 비전 센서 장치 또는 움직인 검출기에 사용될 수 있다.
비전 센서 픽셀 어레이(110)는 복수의 비전 센서 픽셀들(111)을 포함한다. 복수의 비전 센서 픽셀들(111) 각각은 움직임(motion)을 감지(또는 검출)할 수 있는 다양한 종류의 비전 센서 픽셀, 예컨대 모션 센서 픽셀(motion sensor poxel) 또는 동적 비전 센서(dynamic vision sensor(DVS)) 픽셀로 구현될 수 있다.
각 비전 센서 픽셀(111)은 물체(object), 특히 사람의 움직임(motion)을 감지하고, 감지 결과에 상응하는 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 출력할 수 있다. 예컨대, 신호 생성에 따른 지연(delay)을 고려하지 않는다면, 두 개의 검출 신호들 (RX와 RY) 각각의 위상은 서로 동일할 수 있다.
도 1에서는 설명의 편의를 위해, 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)이 출력되는 실시 예가 도시되어 있으나, 실시 예들에 따라 비전 센서 픽셀(111)은 두 개 이상의 검출 신호들이 출력될 수 있도록 설계될 수도 있다.
X-아비터(130)는 비전 센서 픽셀(111)로부터 출력된 제1검출 신호(RX)를 수신하고, 제1검출 신호(RX)에 상응하는 제1좌표 신호(RX')를 컨트롤러(170)로 출력할 수 있다. 컨트롤러(170)는 제1좌표 신호(RX')를 이용하여 제1비전 센서 픽셀 제어 신호(AX')를 생성할 수 있다.
X-아비터(130)는 컨트롤러(170)로부터 출력된 제1비전 센서 픽셀 제어 신호 (AX')에 응답하여 제1제어 신호(AX)를 비전 센서 픽셀(111)로 출력할 수 있다.
Y-아비터(150)는 비전 센서 픽셀(111)로부터 출력된 제2검출 신호(RY)를 수신하고, 제2검출 신호(RY)에 상응하는 제2좌표 신호(RY')를 컨트롤러(170)로 출력할 수 있다. 컨트롤러(170)는 제2좌표 신호(RY')를 이용하여 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')를 생성할 수 있다.
제1좌표 신호(RX')는 X좌표 신호와 Y좌표 신호 중에서 어느 하나(예컨대, X좌표 신호)일 수 있고, 제2좌표 신호(RY')는 상기 X좌표 신호와 상기 Y좌표 신호 중에서 다른 하나(예컨대, Y좌표 신호)일 수 있다.
Y-아비터(150)는 컨트롤러(170)로부터 출력된 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')에 응답하여 제2제어 신호(nAY)를 비전 센서 픽셀(111)로 출력할 수 있다.
따라서, 각 아비터(130과 150)는 비전 센서 픽셀 어레이(110)와 컨트롤러 (170) 사이에서 주고받는 신호들(RX, RX', AX', AX, RY, RY', nAY', 및 nAY)을 인터페이싱할 수 있는 인터페이스 회로의 기능을 수행할 수 있다.
비전 센서 픽셀(111)은, 컨트롤러(170)로부터 출력된 두 개의 제어 신호들 (AX와 nAY)에 응답하여, 비전 센서 픽셀(111)에 포함된 오픈-루프(open-loop) 증폭기의 리셋 여부를 결정할 수 있다.
컨트롤러(170)는 좌표 신호들(RX'와 RY')에 기초하여 비전 센서 픽셀 제어 신호들(AX'와 nAY')을 생성할 수 있다.
실시 예들에 따라, 컨트롤러(170)는 비전 센서 칩(100)의 내부에 구현될 수도 있고 비전 센서 칩(100)의 외부에 구현될 수도 있다. 컨트롤러(170)가 비전 센서 칩(100)의 외부에 구현될 때, 컨트롤러(170)는 비전 센서 칩(100)의 동작을 제어하는 프로세서(예컨대, 도 6의 310 또는 도 7의 510)의 내부에 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 비전 센서 픽셀의 블록도를 나타낸다.
도 1과 도 2를 참조하면, 비전 센서 픽셀(111)은 광전 변환 소자(210), 전류-전압 변환기(220), AC 커플링 커패시터(230), 리셋 스위치(243)를 포함하는 오픈-루프 증폭기(240), 이벤트 검출 회로 블록(250), 및 리셋 신호 생성기(290)를 포함한다.
광전 변환 소자(210)는 입사광의 양 또는 입사광의 세기에 기초하여 전류를 생성할 수 있다. 예컨대, 광전 변환 소자(210)는 포토다이오드, 포토게이트 (photogate), 포토게이트 트랜지스터, 등으로 구현될 수 있다.
전류-전압 변환기(220)는 광전 변환 소자(210)에 의해 생성된 전류를 전압으로 변환할 수 있다. 예컨대, 전류-전압 변환기(220)는 전류의 양에 비례하는 전압을 출력할 수 있다.
전류-전압 변환기(220)의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터(230)는 전류-전압 변환기(220)의 출력 전압 중에서 AC 전압을 출력할 수 있다.
오픈-루프 증폭기(240)는 AC 커플링 커패시터(230)의 출력 전압, 예컨대 AC전압을 증폭하고, 증폭된 출력 전압(Vdiff)을 출력할 수 있다. 예컨대, 오픈-루프 증폭기(240)는 AC 커플링 커패시터(230)를 통해 전달된 전류-전압 변환기(220)의 출력 전압을 증폭할 수 있다.
이벤트 검출 회로 블록(250)은, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)의 변화에 기초하여, 물체의 움직임을 검출하고 검출의 결과에 상응하는 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 출력할 수 있다.
리셋 신호 생성기(290)는, 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)에 관련된 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY)에 응답하여, 리셋 스위치(243)의 동작을 제어하는 리셋 신호(ResPix)를 생성할 수 있다. 따라서, 오픈-루프 증폭기(240)는 리셋 신호 (ResPix)에 응답하여 동작하는 리셋 스위치(243)에 의해 리셋될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 비전 센서 픽셀의 회로도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 비전 센서 픽셀의 움직임을 검출하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 도 3에 도시된 비전 센서 픽셀의 동작을 설명하기 위한 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 파형도와 동작 신호들의 레벨들을 나타낸다.
도 2에 도시된 비전 센서 픽셀(111)의 일 실시 예에 따른 비전 센서 픽셀 (111A)의 구조와 동작은 도 2부터 도 5를 참조하여 설명된다.
각 바이어스 전압(BA1~BA5)이 공급됨에 따라, 각 트랜지스터(225, 242, 261, 271, 및 295)는 바이어스 전류를 생성하는 전류 원(current source)의 기능을 수행할 수 있다. 각 바이어스 전압(BA1~BA5)의 레벨에 따라 각 트랜지스터(225, 242, 261, 271, 및 295)에 흐르는 전류의 양이 조절될 수 있다.
각 바이어스 전압(BA1~BA5)은 DC 전압일 수 있다.
전류-전압 변환기(220)는 제1바이어스 회로(225), 제1NMOS 트랜지스터(221), 및 제2NMOS 트랜지스터(223)를 포함한다.
제1바이어스 회로(225)는 동작 전압(VDD)을 공급하는 제1라인과 전류-전압 변환기(220)의 출력 단자(229) 사이에 접속된다.
제1NMOS 트랜지스터(221)는, 전류-전압 변환기(220)의 출력 단자(229)와 접지 (VSS) 사이에 접속되고, 광전 변환 소자(210)의 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하다.
제2NMOS 트랜지스터(223)는. 제2라인(227)과 광전 변환 소자(210)의 상기 출력 단자 사이에 접속되고, 전류-전압 변환기(220)의 출력 단자(229)에 접속된 게이트를 포함한다.
실시 예에 따라, 제2라인(227)은 상기 제1라인과 동일할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 제2라인(227)은 비전 센서 픽셀 어레이(110)에 포함된 복수의 비전 센서 픽셀(111)의 공통 라인으로 구현될 수 있다.
이벤트 검출 회로 블록(250)은 스위치 신호 생성 회로와 이벤트 검출 회로 (280)를 포함한다.
상기 스위치 신호 생성 회로는, 서로 다른 레벨을 갖는 두 개의 문턱 전압들 (OFF_Vth와 ON_Vth) 각각과 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)의 비교 결과들에 기초하여, 두 개의 스위치 신호들(ON과 nOFF)을 생성할 수 있다.
상기 스위치 신호 생성 회로는 온 문턱 회로(또는 제1스위치 신호 생성기; 260)와 오프 문턱 회로(또는 제2스위치 신호 생성기; 270)를 포함한다.
온-문턱 회로(260)는 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)과 제1문턱 전압(ON_Vth)을 비교하고 비교의 결과에 따라 제1스위치 신호(ON)를 출력한다. 제1스위치 신호(ON)는 온-신호(ON)로 불릴 수 있다.
오프-문턱 회로(270)는 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)과 제2문턱 전압(OFF_Vth)을 비교하고 비교의 결과에 따라 제2스위치 신호(nOFF)를 출력한다. 제2스위치 신호(nOFF)는 오프-신호(nOFF)로 불릴 수 있다.
이벤트 검출 회로(280)는 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY) 중 어느 하나 (nAY), 리셋 신호(ResPix), 및 두 개의 스위치 신호들(nOFF와 ON)에 응답하여 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 생성할 수 있다.
제1문턱 전압(ON_Vth)은 제2문턱 전압(OFF_Vth)보다 낮게(실시 예에 따라 높게) 설계될 수 있다.
리셋 신호 생성기(290)는 커패시터(293), 커패시터(293)에 병렬로 접속된 방전 회로(295), 및 스위치 회로(291)를 포함한다. 커패시터(293)와 방전 회로(295)는 방전 경로(discharge path)를 형성할 수 있다. 방전 회로(295)는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있고, 스위치 회로(291)는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
스위치 회로(291)는 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY) 중 어느 하나(nAY)에 응답하여 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY) 중 다른 하나(AX)를 커패시터(293)로 공급할 수 있다.
도 5의 리셋 레벨 상태(RESET)에서, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압 (Vdiff)에 따라, 온 문턱 회로(260)는 로우 레벨(L)을 갖는 온-신호(ON)를 출력하고 오프 문턱 회로(270)는 하이 레벨(H)을 갖는 오프-신호(nOFF)를 출력한다고 가정한다.
또한, 리셋 레벨 상태(RESET)에서, 제2제어 신호(nAY)를 제외한 각 신호(RY, RX, AX, 및 ResPix)는 로우 레벨(L)을 갖는다고 가정한다. 리셋 레벨 상태(RESET)에서 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)은 리셋 레벨(RL)을 유지할 수 있다.
제1시점(T1)과 제2시점(T2)으로 정의되는 제1구간(TI1) 동안, 비전 센서 픽셀(111 또는 111A)이 손의 이동에 따라 점점 어두워질 때(예컨대, 광전 변환 소자(210)로 입사되는 입사광의 양 또는 입사광의 세기가 점점 감소할 때), 광전 변환 소자(210)에 흐르는 전류의 양은 점점 감소하고, 각 NMOS 트랜지스터(221과 223)의 동작에 따라 전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)은 점점 감소한다.
전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)은 AC 커플링 커패시터(230)를 통해 오픈-루프 증폭기(240)의 NMOS 트랜지스터(241)의 게이트로 공급된다.
전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)이 점점 감소함에 따라, NMOS 트랜지스터(241)에 흐르는 전류의 양은 점점 감소한다. 따라서, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)은 점점 증가한다.
오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)이 오프 문턱(OFF_Vth), 즉 제2문턱 전압보다 같거나 크면, 즉 오프 이벤트(OFF Event)가 발생하면 오프-문턱 회로 (270)의 NMOS 트랜지스터(273)가 턴-온 된다. 따라서, 오프 이벤트(OFF Event)가 발생하면, 오프-신호(nOFF)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 변하고 온-신호 (ON)는 로우 레벨(L)을 유지한다.
여기서, 온 문턱(ON_Vth)은 NMOS 트랜지스터(263)의 문턱 전압을 나타낼 수 있고, 오프 문턱(OFF_Vth)은 NMOS 트랜지스터(273)의 문턱 전압을 나타낼 수 있다.
오프 이벤트(OFF Event)가 발생할 때, 이벤트 검출 회로(280)의 PMOS 트랜지스터(281)는 로우 레벨(L)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 따라 턴-온 상태를 유지한다. NMOS 트랜지스터(285)가 로우 레벨(L)을 갖는 온-신호(ON)에 따라 턴-오프 상태를 유지할 때, 오프-신호(nOFF)가 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 변하면, 이벤트 검출 회로(280)의 PMOS 트랜지스터(283)는 턴-온 된다. 따라서, 이벤트 검출 회로(280)는 하이 레벨(H)을 갖는 제2검출 신호(RY)를 출력한다.
Y-아비터(150)는 제2검출 신호(RY)에 상응하는 좌표 신호(RY')를 컨트롤러(170)로 출력한다. 컨트롤러(170)는 좌표 신호(RY')에 상응하는 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')를 Y-아비터(150)로 출력한다. Y-아비터(150)는, 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')에 응답하여, 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이하는 제2제어 신호(nAY)를 생성한다.
이벤트 검출 회로(280)의 PMOS 트랜지스터(287)는, 로우 레벨(L)을 갖는 제2제어 신호(nAY)에 응답하여, 하이 레벨(H)을 갖는 제1검출 신호(RX)를 X-아비터 (130)로 출력한다.
X-아비터(130)는 하이 레벨(H)을 갖는 제1검출 신호(RX)에 상응하는 좌표 신호(RX')를 컨트롤러(170)로 출력한다. 컨트롤러(170)는 좌표 신호(RX')에 상응하는 제1비전 센서 픽셀 제어 신호(AX')를 X-아비터(130)로 출력한다. X-아비터(130)는, 제1비전 센서 픽셀 제어 신호(AX')에 응답하여, 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이하는 제1제어 신호(AX)를 생성한다.
리셋 신호 생성기(290)의 PMOS 트랜지스터(291)는 로우 레벨(L)을 갖는 제2제어 신호(nAY)에 응답하여 턴-온 상태를 유지하므로, 하이 레벨(H)을 갖는 제1제어 신호(AX)는 커패시터(293)로 공급된다. 커패시터(293)가 제1제어 신호(AX)에 의해 충전됨에 따라, 리셋 신호(ResPix)는 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이한다. 이때, PMOS 트랜지스터(281)는 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여 턴-오프 된다.
NMOS 트랜지스터로 구현된 리셋 스위치(243)는, 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여, 오픈-루프 증폭기(240)의 입력 단자와 오픈-루프 증폭기 (240)의 출력 단자(CN)를 접속시킨다.
따라서, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)은 리셋 레벨(RL)로 리셋된다. 도 5에 도시된 각 신호(RY, nAY, RX, AX, 및 ResPix)의 파형은 설명의 편의를 위해 도시된 것이다.
오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)이 리셋 레벨(RL)로 리셋되면, 오프-신호(nOFF)는 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이하고 온-신호(ON)는 로우 레벨(L)을 그대로 유지한다.
PMOS 트랜지스터(281)가 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여 턴-오프 되면, 제2검출 신호(RY)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다.
제2검출 신호(RY)가 로우 레벨(L)로 천이하면, 제2제어 신호(nAY)는 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이한다. 제2제어 신호(nAY)가 하이 레벨(H)일 때, PMOS 트랜지스터(287)에 의해 제1검출 신호(RX)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨 (L)로 천이하고, PMOS 트랜지스터(291)는 턴-오프 된다.
제1검출 신호(RX)가 로우 레벨(L)로 천이함에 따라 제1제어 신호(AX)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다.
커패시터(293)의 전압이 NMOS 트랜지스터(295)를 통해 방전됨에 따라 리셋 신호(ResPix)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다. 따라서, 이벤트 검출 회로(280)는 각각이 로우 레벨(L)을 갖는 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 출력한다.
예컨대, 두 개의 검출 신호들(RX와 RY) 각각의 천이 타이밍(transition timing)은 이벤트 검출 회로 블록(250)과 리셋 신호 생성기(290) 각각에 구현된 MOS 트랜지스터의 동작 특성에 따라 결정될 수 있다.
제3시점(T3)과 제4시점(T4)으로 정의되는 제2구간(TI2) 동안, 비전 센서 픽셀(111 또는 111A)이 손의 이동에 따라 점점 밝아질 때(예컨대, 광전 변환 소자 (210)로 입사되는 입사광의 양 또는 입사광의 세기가 점점 증가할 때), 광전 변환 소자(210)에 흐르는 전류의 양은 증가하고, 각 NMOS 트랜지스터(221과 223)의 동작에 따라 전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)은 점점 증가한다.
전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)은 AC 커플링 커패시터(230)를 통해 오픈-루프 증폭기(240)의 NMOS 트랜지스터(241)의 게이트로 공급된다.
전류-전압 변환기(220)의 출력 전압(Pr)이 점점 증가함에 따라, NMOS 트랜지스터(241)에 흐르는 전류의 양은 점점 증가한다. 따라서, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)은 점점 감소한다.
오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)이 온 문턱(ON_Vth), 즉 제1문턱 전압에 도달하면, 즉, 온 이벤트(ON Event)가 발생하면, 온 문턱 회로(260)의 NMOS 트랜지스터(263)가 턴-오프 된다. 따라서, 온-신호(ON)는 로우 레벨로부터 하이 레벨로 천이하고 오프-신호(nOFF)는 하이 레벨을 유지한다.
온 이벤트(ON Event)가 발생할 때, 이벤트 검출 회로(280)의 PMOS 트랜지스터(281)는 로우 레벨(L)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 따라 턴-온 상태를 유지한다. PMOS 트랜지스터(283)가 하이 레벨(H)을 갖는 오프-신호(nOFF)에 따라 턴-오프 상태를 유지할 때, 온-신호(ON)가 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 변하면, 이벤트 검출 회로(280)의 NMOS 트랜지스터(285)는 턴-온 된다. 따라서, 이벤트 검출 회로(280)는 하이 레벨(H)을 갖는 제2검출 신호(RY)를 출력한다.
Y-아비터(150)는 하이 레벨(H)을 갖는 제2검출 신호(RY)에 상응하는 좌표 신호(RY')를 컨트롤러(170)로 출력한다. 컨트롤러(170)는 좌표 신호(RY')에 상응하는 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')를 Y-아비터(150)로 출력한다. Y-아비터(150)는, 제2비전 센서 픽셀 제어 신호(nAY')에 응답하여, 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이하는 제2제어 신호(nAY)를 생성한다.
이벤트 검출 회로(280)의 PMOS 트랜지스터(287)는, 로우 레벨(L)을 갖는 제2제어 신호(nAY)에 응답하여, 하이 레벨(H)을 갖는 제1검출 신호(RX)를 X-아비터 (130)로 출력한다.
X-아비터(130)는 하이 레벨(H)을 갖는 제1검출 신호(RX)에 상응하는 좌표 신호(RX')를 컨트롤러(170)로 출력한다. 컨트롤러(170)는 좌표 신호(RX')에 상응하는 제1비전 센서 픽셀 제어 신호(AX')를 X-아비터(130)로 출력한다. X-아비터(130)는, 제1비전 센서 픽셀 제어 신호(AX')에 응답하여, 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이하는 제1제어 신호(AX)를 생성한다.
리셋 신호 생성기(290)의 PMOS 트랜지스터(291)는 로우 레벨(L)을 갖는 제2제어 신호(nAY)에 응답하여 턴-온 상태를 유지하므로, 하이 레벨(H)을 갖는 제1제어 신호(AX)는 커패시터(293)로 공급된다. 커패시터(293)가 제1제어 신호(AX)에 의해 충전됨에 따라, 리셋 신호(ResPix)는 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이한다.
이때, PMOS 트랜지스터(281)는 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여 턴-오프 된다.
NMOS 트랜지스터로 구현된 리셋 스위치(243)는, 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여, 오픈-루프 증폭기(240)의 입력 단자와 오픈-루프 증폭기 (240)의 출력 단자(CN)를 접속시킨다. 따라서, 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압 (Vdiff)은 리셋 레벨(RL)로 리셋된다.
오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)이 리셋 레벨(RL)로 리셋되면, 오프-신호(nOFF)는 하이 레벨(H)을 유지하고 온-신호(ON)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다.
PMOS 트랜지스터(281)가 하이 레벨(H)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여 턴-오프 되면, 제2검출 신호(RY)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다.
제2검출 신호(RY)가 로우 레벨(L)로 천이하면, 제2제어 신호(nAY)는 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이한다. 제2제어 신호(nAY)가 하이 레벨(H)일 때, PMOS 트랜지스터(287)에 의해 제1검출 신호(RX)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨 (L)로 천이하고, PMOS 트랜지스터(291)는 턴-오프 된다.
제1검출 신호(RX)가 로우 레벨(L)로 천이함에 따라 제1제어 신호(AX)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다.
커패시터(293)의 전압이 NMOS 트랜지스터(295)를 통해 방전됨에 따라 리셋 신호(ResPix)는 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이한다. 따라서, 이벤트 검출 회로(280)는 각각이 로우 레벨(L)을 갖는 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 출력한다.
오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)이 리셋 레벨(RL)로 리셋되면, 오프-신호(nOFF)는 하이 레벨(H)로 변하고 온-신호(ON)는 로우 레벨(L)로 변한다. 따라서, 이벤트 검출 회로(280)는 각각이 로우 레벨(L)을 갖는 두 개의 검출 신호들 (RX와 RY)을 출력한다.
두 개의 검출 신호들(RX와 RY) 각각이 로우 레벨(L)일 때, 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY)은 각 아비터 회로(130과 150)와 컨트롤러(170)에 의해 로우 레벨 (L)로 설정된다. 따라서, 오픈-루프 증폭기(240)의 리셋(reset)은 해제(release)되고, 오픈-루프 증폭기(240)는 다음 이벤트(예컨대, 오프 이벤트 또는 온 이벤트)의 검출을 준비할 수 있다.
상술한 바와 같이, 비전 센서 픽셀(111 또는 111A)은 물체의 움직임(또는 이벤트(event))이 감지될 때마다 각각이 하이 레벨(H)을 갖는 두 개의 검출 신호들 (RX와 RY)을 출력할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 비전 센서 칩을 포함하는 데이터 처리 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 1부터 도 6을 참조하면, 데이터 처리 시스템(300)은 MIPI®(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.
데이터 처리 시스템(300)은 애플리케이션 프로세서(application processor(AP); 310), 비전 센서 칩(100), 및 디스플레이(330)를 포함한다.
실시 예들에 따라, 도 1의 컨트롤러(170)는 AP(310)의 내부에 구현될 수도 있고 비전 센서 칩(100)의 내부에 구현될 수도 있다.
AP(310)에 구현된 CSI(camera serial interface) 호스트(313)는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 비전 센서 칩(100)의 CSI 장치(101)와 시리얼 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, CSI 호스트(313)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(101)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다.
AP(310)에 구현된 DSI(display serial interface(DSI)) 호스트(311)는 디스플레이 시리얼 인터페이스를 통하여 디스플레이(330)의 DSI 장치(331)와 시리얼 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, DSI 호스트(311)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(331)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다. 디시리얼라이저(DES)와 시리얼라이저(SER) 각각은 전기적인 신호 또는 광학적인 신호를 처리할 수 있다.
데이터 처리 시스템(300)은 AP(310)와 통신할 수 있는 RF(radio frequency) 칩(340)을 더 포함할 수 있다. AP(310)의 PHY(physical layer; 315)와 RF 칩(340)의 PHY(341)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
데이터 처리 시스템(300)은 GPS(350) 수신기, DRAM(dynamic random access memory)과 같은 메모리(351), NAND 플래시-기반 메모리와 같은 불휘발성 메모리로 구현된 데이터 저장 장치(353), 마이크(355), 또는 스피커(357)를 더 포함할 수 있다.
데이터 처리 시스템(300)은 적어도 하나의 통신 프로토콜(또는 통신 표준), 예컨대, WiMAX(worldwide interoperability for microwave access; 359), WLAN (Wireless LAN; 361), UWB(ultra-wideband; 363), 또는 LTETM(long term evolution; 365) 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.
데이터 처리 시스템(300)은 블루투스 또는 WiFi를 이용하여 외부 무선 통신 장치와 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, AP(310)는 도 6에 도시된 각 구성 요소(511, 520, 및 540)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 비전 센서 칩을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
데이터 처리 시스템(500)은 PC(personal computer), 디지털 TV, IPTV, 스마트 TV, 또는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.
상기 휴대용 전자 장치는 비전 센서 칩(100)과, 비전 센서 칩(100)으로부터 출력된 데이터를 포함할 수 있는 처리 회로, 예컨대 프로세서를 포함한다.
상기 휴대용 전자 장치는 스마트폰, 태블릿(tablet) PC, 모바일 인터넷 장치 (mobile internet device(MID)), 게임 컨트롤러, 또는 웨어러블 컴퓨터로 구현될 수 있다.
데이터 처리 시스템(500)은 비전 센서 칩(100), 프로세서(510), 메모리 (560), 및 디스플레이(또는 디스플레이 장치(570))를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따라, 도 1의 컨트롤러(170)는 프로세서(510)의 내부에 구현될 수도 있고 비전 센서 칩(100)의 내부에 구현될 수도 있다.
프로세서(510)는 CPU(central processing unit), 집적 회로, 시스템 온 칩 (system on chip(SoC)), 애플리케이션 프로세서, 또는 모바일 애플리케이션 프로세서로 구현될 수 있다.
프로세서(510)는 비전 센서 칩(100), 메모리(560), 및 디스플레이(570)의 동작을 제어할 수 있고, 비전 센서 칩(100)으로부터 출력된 데이터를 처리하고, 처리된 데이터를 메모리(560)에 저장하거나 디스플레이(570)를 통해 디스플레이할 수 있다.
프로세서(510)는 CPU(520), 센서 인터페이스(530), 메모리 인터페이스(540), 및 디스플레이 컨트롤러(550)를 포함한다.
CPU(520)는 버스(511)를 통해 센서 인터페이스(530), 메모리 인터페이스 (540), 및 디스플레이 컨트롤러(550)의 동작들을 제어할 수 있다.
CPU(520)는 멀티-코어 프로세서 또는 멀티-CPU로 구현될 수 있다.
CPU(520)의 제어에 따라 센서 인터페이스(530)는 비전 센서 칩(100)을 제어하기 위한 제어 신호들을 비전 센서 칩(100)으로 전송하고, 비전 센서 칩(100)으로부터 출력된 데이터를 CPU(520), 메모리 인터페이스(540), 및/또는 디스플레이 컨트롤러(550)로 전송할 수 있다. 센서 인터페이스(530)는 카메라 인터페이스라고 불릴 수 있다.
메모리 인터페이스(540)는 프로세서(510)와 메모리(560) 사이에서 주고받는 데이터를 인터페이싱할 수 있다.
디스플레이 컨트롤러(550)는 디스플레이(570)에서 디스플레이될 데이터를 디스플레이(570)로 전송할 수 있다.
메모리(560)는 DRAM과 같은 휘발성 메모리, 또는 플래시-기반 메모리일 수 있다. 상기 플래시-기반 메모리는 MMC(multimedia card), 임베디드 MMC(wmbedded NNC(eMMC)), eSSD(embedded solid state drive), 또는 UFS(universal flash memory)로 구현될 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 비전 센서 칩의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 1부터 도 8을 참조하면, 전류-전압 변환기(220)는 입사광에 기초하여 광전 변환 소자(210)에 의해 생성된 전류를 전압으로 변환한다.
즉, 광전 변환 소자(210)는 입사광의 양 또는 입사광의 세기에 종속적인 전류를 생성하고(S110), 전류-전압 변환기(220)는 상기 전류를 전압(Pr)으로 변환한다 (S120).
전류-전압 변환기(220)의 전압(Pr)은 AC 커플링 커패시터(230)로 직접 전송되고(S130), 리셋 스위치(243)를 포함하는 오픈-루프 증폭기(240)를 이용하여 AC 커플링 커패시터(230)의 출력 전압은 증폭된다(S140).
이벤트 검출 회로 블록(250)은 증폭된 출력 전압(Vdiff)을 이용하여 움직임(또는 이벤트)을 검출하고 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)을 출력한다(S150).
인터페이스 회로는 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)에 상응하는 좌표 신호들 (RX'와 RY')을 컨트롤러(170)로 전송한다(S160). 컨트롤러(170)는 좌표 신호들(RX'와 RY')에 기초하여 비전 센서 픽셀 제어 신호들(AX'와 nAY')을 생성하고, 비전 센서 픽셀 제어 신호들(AX'와 nAY')을 상기 인터페이스 회로로 전송한다.
상기 인터페이스 회로는 비전 센서 픽셀 제어 신호들(AX'와 nAY')에 기초하여 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY)을 비전 센서 픽셀(111)로 전송한다.
비전 센서 픽셀(111)은 두 개의 검출 신호들(RX와 RY)에 관련된 두 개의 제어 신호들(AX와 nAY)에 응답하여 리셋 스위치(243)의 동작을 제어하는 리셋 신호 (ResPix)를 생성한다(S170).
리셋 스위치(243)는 하이 레벨(L)을 갖는 리셋 신호(ResPix)에 응답하여 짧은 시간 동안 리셋된다(S180). 오픈-루프 증폭기(240)의 출력 전압(Vdiff)은 리셋 레벨(RL)로 리셋된다. 따라서, 비전 센서 픽셀(111)은 새로운 움직임 또는 새로운 이벤트를 감지할 준비를 할 수 있다.
즉, 리셋 신호(ResPix)의 리셋 동작이 해제되면, 예컨대 리셋 신호(ResPix)가 하이 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이하면, 검출 신호들(RX와 RY)은 로우 레벨로 천이한다. 검출 신호들(RX와 RY)이 로우 레벨로 천이하면, 제1제어 신호(AX)는 로우 레벨로 되고 제2제어 신호(nAY)는 하이 레벨(H)로 된다. 따라서, 제어 신호들(AX와 nAY)에 응답하여 리셋 신호(ResPix)는 로우 레벨로 된다.
즉, 리셋 신호 생성기(290)는 검출 신호들(RX와 RY)에 상응하는 제어 신호들(AX와 nAY)을 이용하여 리셋 스위치(243)의 리셋을 해제한다(S190).
따라서, 비전 센서 픽셀(111)은 새로운 움직임 또는 새로운 이벤트를 감지할 준비를 할 수 있다(S200).
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 비전 센서 칩
110; 비전 센서 픽셀 어레이
111; 비전 센서 픽셀
130; 로우-아비터
150; 컬럼-아비터
170; 컨트롤러
210; 광전 변환 소자
220; 전류-전압 변환기
230; AC 커플링 커패시터
240; 오픈-루프 증폭기
243; 리셋 스위치
250; 이벤트 검출 회로 블록
260; 온 문턱 회로, 제1스위치 신호 생성기
270; 오프 문턱 회로, 제2스위치 신호 생성기
280; 이벤트 검출 회로
290; 리셋 신호 생성기

Claims (20)

  1. 입사광에 기초하여 전류를 생성하는 광전 변환 소자;
    상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기;
    상기 전류-전압 변환기의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터;
    리셋 스위치를 포함하고, 상기 AC 커플링 커패시터를 통해 전송된 상기 전류-전압 변환기의 상기 전압을 증폭하는 오픈-루프 증폭기;
    상기 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 변화를 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 이벤트 검출 회로 블록; 및
    상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 리셋 신호를 생성하는 리셋 신호 생성기를 포함하고,
    상기 전류-전압 변환기는,
    동작 전압을 공급하는 제1라인과 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자 사이에 접속된 바이어스 회로;
    상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자와 접지 사이에 접속되고 상기 광전 변환 소자의 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제1트랜지스터; 및
    제2라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 출력 단자 사이에 접속되고 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제2트랜지스터를 포함하는 비전 센서 칩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트 검출 회로 블록은 동일한 위상을 갖는 상기 두 개의 검출 신호들을 생성하는 비전 센서 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들의 위상은 서로 반대인 비전 센서 칩.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이벤트 검출 회로 블록은,
    서로 다른 레벨을 갖는 두 개의 문턱 전압들 각각과 상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압의 비교 결과들에 기초하여, 두 개의 스위치 신호들을 생성하는 스위치 신호 생성 회로; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 및 상기 두 개의 스위치 신호들에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 이벤트 검출 회로를 포함하는 비전 센서 칩.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이벤트 검출 회로 블록은,
    상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제1문턱 전압을 비교하고 제1스위치 신호를 출력하는 제1스위치 신호 생성기;
    상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제2문턱 전압을 비교하고 제2스위치 신호를 출력하는 제2스위치 신호 생성기; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 상기 제1스위치 신호, 및 상기 제2스위치 신호에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 이벤트 검출 회로를 포함하는 비전 센서 칩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1문턱 전압은 상기 제2문턱 전압보다 낮거나 높은 비전 센서 칩.
  8. 제1항에 있어서, 상기 리셋 신호 생성기는,
    커패시터;
    상기 커패시터에 병렬로 접속된 방전 회로; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 어느 하나에 응답하여 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 다른 하나를 상기 커패시터로 공급하는 스위치 회로를 포함하는 비전 센서 칩.
  9. 복수의 비전 센서 픽셀들을 포함하는 비전 센서 칩; 및
    상기 비전 센서 칩의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하며,
    상기 복수의 비전 센서 픽셀들 각각은,
    입사광에 기초하여 전류를 생성하는 광전 변환 소자;
    상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기;
    상기 전류-전압 변환기의 출력 단자에 직접 접속된 AC 커플링 커패시터;
    리셋 스위치를 포함하고, 상기 AC 커플링 커패시터를 통해 전송된 상기 전류-전압 변환기의 상기 전압을 증폭하는 오픈-루프 증폭기;
    상기 오픈-루프 증폭기의 출력 전압의 변화를 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 이벤트 검출 회로 블록; 및
    상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 응답하여 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 리셋 신호를 생성하는 리셋 신호 생성기를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 제어신호들은 아비터로부터 출력되고,
    상기 전류-전압 변환기는,
    동작 전압을 공급하는 제1라인과 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자 사이에 접속된 바이어스 회로;
    상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자와 접지 사이에 접속되고 상기 광전 변환 소자의 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제1트랜지스터; 및
    제2라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 출력 단자 사이에 접속되고 상기 전류-전압 변환기의 상기 출력 단자에 접속된 게이트를 포함하는 제2트랜지스터를 포함하는 데이터 처리 시스템.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 이벤트 검출 회로 블록은 동일한 위상을 갖는 상기 두 개의 검출 신호들을 생성하는 데이터 처리 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 이벤트 검출 회로 블록은,
    상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제1문턱 전압을 비교하고 제1스위치 신호를 출력하는 제1스위치 신호 생성기;
    상기 오픈-루프 증폭기의 상기 출력 전압과 제2문턱 전압을 비교하고 제2스위치 신호를 출력하는 제2스위치 신호 생성기; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 상기 제1스위치 신호, 및 상기 제2스위치 신호에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 이벤트 검출 회로를 포함하는 데이터 처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1문턱 전압과 상기 제2문턱 전압은 서로 다른 데이터 처리 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 리셋 신호 생성기는,
    커패시터;
    상기 커패시터에 병렬로 접속된 방전 회로; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 어느 하나에 응답하여 상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중 다른 하나를 상기 커패시터로 공급하는 스위치 회로를 포함하는 데이터 처리 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 비전 센서 칩과 상기 프로세서는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 통신하는 데이터 처리 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 비전 센서 칩은,
    상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 좌표 신호들을 상기 프로세서로 전송하고, 상기 좌표 신호들에 기초하여 상기 프로세서에 의해 생성된 비전 센서 픽셀 제어 신호들에 관련된 상기 적어도 두 개의 제어 신호들을 생성하는 인터페이스 회로를 더 포함하는 데이터 처리 시스템.
  17. 입사광에 기초하여 생성된 전류를 전압으로 변환하는 단계;
    상기 전압을 AC 커플링 커패시터로 직접 전송하는 단계;
    리셋 스위치를 포함하는 오픈-루프 증폭기를 이용하여 상기 AC 커플링 커패시터의 출력 전압을 증폭하는 단계;
    증폭된 출력 전압을 이용하여 움직임을 검출하고 적어도 두 개의 검출 신호들을 출력하는 단계; 및
    상기 적어도 두 개의 검출 신호들에 관련된 적어도 두 개의 제어 신호들에 기초하여 생성되는 리셋 신호로 상기 리셋 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 두 개의 검출 신호들을 출력하는 단계는,
    서로 다른 레벨을 갖는 두 개의 문턱 전압들 각각과 상기 증폭된 출력 전압의 비교 결과들에 기초하여, 두 개의 스위치 신호들을 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들 중의 어느 하나, 상기 리셋 신호, 및 상기 두 개의 스위치 신호들에 응답하여 상기 적어도 두 개의 검출 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 비전 센서 칩의 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 검출 신호들 각각의 위상은 서로 동일한 비전 센서 칩의 동작 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 제어 신호들의 위상은 서로 반대인 비전 센서 칩의 동작 방법.
  20. 삭제
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