CIRCUITO DE GANANCIA DE TRANSIMPEDANCIA DE BAJO CONSUMO Y BAJO DESAPAREAMIENTO PARA SISTEMAS DE FOTOSENSADO DIFERENCIADOR TEMPORAL EN SENSORES DINÁMICOS DE VISIÓN.

Circuito de ganancia de transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal en sensores dinámicos de visión,

que emplea al menos un fotodiodo, al menos dos transistores en serie, estando conectados cada uno de los transistores en configuración diodo y estando colocados a la salida del fotodiodo, circulando la corriente de salida del fotodiodo por los canales drenador-fuente de los transistores y teniendo el último transistor en serie conectada la fuente a un voltaje seleccionado entre tierra, una tensión constante y una tensión regulada.

Circuito de ganancia de transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal en sensores dinámicos de visión

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un circuito de ganancia en transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal para DVS (Dynamic Vision Sensor) mediante transistores conectados en diodo.

La invención se encuadra en el campo de los circuitos electrónicos, en particular circuitos integrados analógicos de bajo consumo y área reducida. En concreto, el circuito pertenece a la categoría de preamplificadores de corriente a tensión, es decir, transimpedancia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los DVS (Dynamic Vision Sensor) son unos nuevos circuitos integrados del tipo de cámaras de video, pero sin ser tales. En las cámaras de video comerciales, el aparato graba fotograma tras fotograma. En los DVS no hay fotogramas. El circuito integrado contiene una matriz de fotosensores, al igual que las cámaras de video. En las cámaras de video cada fotosensor se muestrea con una frecuencia fija. Sin embargo, en los DVS los pixeles no se muestrean. Cada pixel calcula la derivada temporal de la luz que sensa, y cuando ésta supera un determinado nivel (umbral) , el pixel emite un “evento” al exterior. El evento consiste habitualmente en la coordenada (x, y) del pixel dentro de la matriz bidimensional de fotosensores. De esta manera, la salida de un DVS consiste en un flujo de coordenadas (x, y) de los distintos píxeles que van detectando un cambio en la intensidad que sensan. Este tipo de sensores DVS se reportaron por primera vez por Lichtsteiner, Delbrück, y Posch en 2006 ("A 128×128 120dB 30mW Asynchronous Vision Sensor that Responds to Relative Intensity Change" in Visuals Supplement to ISSCC Dig. of Tech. Papers, San Francisco, 2006, vol., pp. 508-509 (27.9) ) y luego en más detalle en P. Lichtsteiner, C. Posch y T. Delbrück, (“A 128× 128 120 dB 15µs Latency Asynchronous Temporal Contrast Vision Sensor, ” IEEE J. Solid-State Circ, vol. 43, No. 2, pp. 566-576, Feb. 2008) .

Más recientemente, Posch ha reportado un nuevo prototipo (C. Posch, D. Matolin, and R. Wohlgenannt, “A QVGA 143dB dynamic range asynchronous address-event PWM dynamic image sensor with lossless pixel level video-compression, ” Solid-State Circuits, 2010 IEEE International Conference ISSCC, Dig of Tech Paper, pp. 400401, Februar y 2010) .

No obstante, en estos sensores DVS la fotocorriente Iph sensada por un fotosensor, se transforma primero a tensión mediante una conversión logarítmica. Esta tensión se amplifica primero, y después se le calcula la derivada temporal. Un parámetro crucial es la ganancia en tensión de esta primera amplificación. Cuanto mayor sea la amplificación, mayor sensibilidad tendrá el sensor al “Contraste Temporal”. El problema es que esta amplificación debe realizarse dentro de cada píxel de la matriz, y debe ser realizada por un circuito que consuma poca potencia y poca área del microchip. Por otro lado, es importante que sea realizada por un circuito que no sufra demasiada dispersión en el valor de la ganancia de un pixel a otro, pues de lo contrario introduciría mucha variación en el comportamiento de los distintos píxeles entre sí, deteriorando la sensibilidad global del sensor. Los DVS reportados hasta la fecha emplean etapas amplificadoras de tensión basadas en circuitos con condensadores. En los circuitos integrados analógicos, los condensadores presentan baja dispersión entre sí, y por tanto son muy apropiados para realizar etapas amplificadoras de tensión. Sin embargo, en los DVS es deseable obtener ganancias en tensión del orden de 20 a 100 (o superior) . Al hacer esto con condensadores, se requieren al menos dos condensadores cuya proporción de valores sea igual que el de la ganancia deseada. Dado que el área de los condensadores es proporcional a su valor, esto quiere decir que uno de los condensadores debe tener un área entre 20 y 100 veces superior al otro. El resultado final es que una gran parte del área del pixel se consume en los condensadores.

Una posible alternativa podría ser obtener la ganancia en tensión mediante dos etapas consecutivas, ya que se multiplica la ganancia de cada etapa. Sin embargo, la sincronización requerida entre las dos etapas consecutivas conlleva una excesiva lentitud, reduciendo dramáticamente la velocidad de los DVS.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados anteriormente, la presente invención consiste en un circuito de ganancia en transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal para DVS (Dynamic Vision Sensor) mediante transistores conectados en diodo.

Así pues, la presente invención se refiere a un circuito de ganancia de transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal en sensores dinámicos de visión, que emplea al menos un fotodiodo, estando el sistema caracterizado porque comprende al menos dos transistores en serie, estando conectados cada uno de los transistores en configuración diodo y estando colocados a la salida del fotodiodo, circulando la corriente de salida del fotodiodo por los canales drenador-fuente de los transistores y teniendo el último transistor en serie conectada la fuente a un voltaje seleccionado entre tierra, una tensión constante y una tensión regulada. Así, los pixeles de las cámaras que hacen uso de sensores de visión dinámicas, también llamadas cámaras DVS, necesitan de al menos un fotosensor para generar la corriente de entrada al circuito de transimpedancia, sin embargo, si dicho circuito se usa en otro contexto, la corriente de entrada puede proceder de otro circuito o elemento que no sea un fotodiodo. De hecho, por ejemplo, cuando se usan varias de estas etapas en cascada, solo la primera recibe la corriente del fotodiodo. Las demás las reciben de un transistor.

En una realización preferente de la invención, los al menos dos transistores tienen una característica tensión-corriente de tipo exponencial.

En otra realización preferente de la invención, los transistores son de tipo FET estando polarizados en inversión débil.

En otra realización preferente de la invención, el circuito comprende unos medios de control de la polaridad de la corriente eléctrica generada en el fotodiodo, estando los medios de control de la polaridad colocados entre el fotodiodo y los al menos dos transistores. Estos medios de control de la polaridad, que son opcionales, mejoran el rendimiento del circuito obteniéndose una respuesta del circuito más rápida.

En otra realización de la invención, los medios de control de la polaridad comprenden medios de copiado e inversión de la corriente eléctrica.

En otra realización preferente de la invención, los medios de control de la polaridad comprenden medios de amplificación de la corriente eléctrica.

En otra realización preferente de la invención, los medios de control de la polaridad comprenden ser un espejo de corriente en serie con el fotodiodo siendo la corriente de salida de los medios de control de la polaridad la que circule por los canales drenador-fuente de los al menos dos transistores.

En otra realización preferente de la invención, el circuito comprende un circuito de control automático de la ganancia del espejo de corriente entre el espejo de corriente y los al menos dos transistores.

En otra realización preferente de la invención, el circuito comprende tener una dependencia logarítmica entre la tensión de salida frente a la corriente generada por el fotodiodo.

Además la presente invención contempla el uso del circuito de ganancia en transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal para DVS para generar una etapa de amplificación de corriente mediante la colocación del mencionado circuito de ganancia en transimpedancia como etapa previa a un circuito en transconductancia.

También comprende el uso del circuito de ganancia en transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal para DVS para generar una etapa de amplificación de tensión mediante la colocación del circuito de ganancia en transimpedancia como etapa posterior a un circuito en transconductancia.

Y también comprende la presente invención el uso del circuito de ganancia en transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador...

1. Circuito de ganancia de transimpedancia de bajo consumo y bajo desapareamiento para sistemas de fotosensado diferenciador temporal en sensores dinámicos de visión, que emplea al menos un fotodiodo, estando el sistema caracterizado porque comprende al menos dos transistores en serie, estando conectados cada uno de los transistores en configuración diodo y estando colocados a la salida del fotodiodo, circulando la corriente de salida del fotodiodo por los canales drenador-fuente de los transistores y teniendo el último transistor en serie conectada la fuente a un voltaje seleccionado entre tierra, una tensión constante y una tensión regulada.

2. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 1, caracterizado porque los al menos dos transistores tienen una característica tensión-corriente de tipo exponencial.

3. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 2, caracterizado porque cuando los transistores son de tipo FET están polarizados en inversión débil.

4. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende (opcionalmente) unos medios de control de la polaridad de la corriente eléctrica generada en el fotodiodo, estando los medios de control de la polaridad colocados entre el al menos un fotodiodo y los al menos dos transistores.

5. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de control de la polaridad comprenden medios de copiado e inversión de la corriente eléctrica.

6. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios de control de la polaridad comprenden medios de amplificación de la corriente eléctrica.

7. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque los medios de control de la polaridad comprenden ser un espejo de corriente en serie con el fotodiodo siendo la corriente de salida de los medios de control de la polaridad la que circule por los canales drenador-fuente de los al menos dos transistores.

8. Circuito de ganancia en transimpedancia, según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende un circuito de control automático de la ganancia del espejo de corriente entre el espejo de corriente y los al menos dos transistores.

9. Circuito de ganancia en transimpedancia, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende tener una dependencia logarítmica entre la tensión de salida frente a la corriente generada por el fotodiodo.

10. Uso del circuito de ganancia en transimpedancia definido en las reivindicaciones 1 a 9 para generar una etapa de amplificación de corriente mediante la colocación del circuito de ganancia en transimpedancia como etapa previa a un circuito en transconductancia.

11. Uso del circuito de ganancia en transimpedancia definido en las reivindicaciones 1 a 9 para generar una etapa de amplificación de tensión mediante la colocación del circuito de ganancia en transimpedancia como etapa posterior a un circuito en transconductancia.

12. Uso del circuito de ganancia en transimpedancia definido en las reivindicaciones 1 a 9 para ser empleado como etapa previa a un circuito de derivación de la señal a la salida que elimina la tensión en continua de la señal de salida del circuito de ganancia en transimpedancia, reduciendo las dispersiones entre todos los píxeles.