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CN117479034A - 具有无源差分检测电路系统的低功率事件驱动像素及用于其的复位控制电路 - Google Patents

具有无源差分检测电路系统的低功率事件驱动像素及用于其的复位控制电路 Download PDF

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CN117479034A
CN117479034A CN202310572608.0A CN202310572608A CN117479034A CN 117479034 A CN117479034 A CN 117479034A CN 202310572608 A CN202310572608 A CN 202310572608A CN 117479034 A CN117479034 A CN 117479034A
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Abstract

本文中公开具有无源差分检测电路的低功率事件驱动像素(及用于其的复位控制电路)。在一个实施例中，事件驱动像素包括光传感器、光电流/电压转换器及差分电路。差分电路包含源极跟随器晶体管及开关式电容器滤波器，开关式电容器滤波器具有耦合到光电流/电压转换器的输入及耦合到源极跟随器晶体管的栅极的输出。开关式电容器滤波器包含：第一电容器，其耦合于开关式电容器滤波器的输入与输出之间；第二电容器，其具有耦合到开关式电容器滤波器的输出的第一板极；及复位晶体管，其耦合于参考电压与开关式电容器滤波器的输出之间。差分电路经配置以产生指示事件驱动像素是否已检测到外部场景中的事件的差分信号。

Description

具有无源差分检测电路系统的低功率事件驱动像素及用于其 的复位控制电路
技术领域
本发明一般来说涉及图像传感器。举例来说，本发明技术的数个实施例涉及事件驱动像素，包含具有无源差分检测电路系统的低功率事件驱动像素及用于其的复位控制电路。
背景技术
图像传感器已变得无所不在且现在广泛地用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医疗、汽车及其它应用中。在将图像传感器集成到更宽广范围的电子装置中时，通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式增强图像传感器的功能性、性能度量及诸如此类(例如，分辨率、功率消耗、动态范围等)是合意的。
典型的图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射在图像传感器上而操作。图像传感器包含具有吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光后即刻产生图像电荷的光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列。由像素光生的图像电荷可作为列位线上随入射图像光而变化的模拟输出图像信号来测量。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，图像光作为模拟图像信号从列位线读出且被转换成数字值以提供表示外部场景的信息。
发明内容
本发明的实施例提供一种事件驱动像素，其包括：光传感器，其经配置以响应于从外部场景接收的入射光而产生光电流；光电流/电压转换器，其耦合到所述光传感器以将所述光电流转换成第一电压；及差分电路，其以AC方式耦合到所述光电流/电压转换器，其中所述差分电路包含源极跟随器晶体管及开关式电容器滤波器，所述开关式电容器滤波器具有耦合到所述光电流/电压转换器的输入及耦合到所述源极跟随器晶体管的栅极的输出，其中所述开关式电容器滤波器包含：(a)第一电容器，其耦合于所述开关式电容器滤波器的所述输入与所述输出之间，(b)第二电容器，其具有耦合到所述开关式电容器滤波器的所述输出的第一板极，及(c)复位晶体管，其耦合于参考电压与所述开关式电容器滤波器的所述输出之间，且其中所述差分电路经配置以至少部分地基于所述参考电压及在第一时间的所述第一电压对参考光等级进行取样，且经配置以至少部分地基于所述源极跟随器晶体管的所述栅极处的第二电压产生差分信号，其中所述第二电压至少部分地基于所述参考光等级及在第二时间的所述第一电压，且其中所述差分信号指示所述事件驱动像素是否已检测到所述外部场景中的事件。
本发明的另一实施例提供一种操作事件驱动像素的方法，所述方法包括：利用光传感器响应于从外部场景接收入射光而光生光电流；将所述光电流转换成第一电压；产生差分信号，其中产生所述差分信号包含：使用所述事件驱动像素的差分电路的电容式分压器且至少部分地基于在第一时间的所述第一电压对参考光等级进行取样，及使用所述电容式分压器在所述差分电路的源极跟随器晶体管的栅极处产生第二电压，其中所述第二电压至少部分地基于(i)在第二时间的所述第一电压及(ii)所述参考光等级，其中所述差分信号至少部分地基于所述第二电压，且其中所述差分信号的量值指示所述事件驱动像素是否已检测到所述外部场景中的事件；及响应于行选择信号的断言而将所述差分信号输出到列线上。
本发明的又一实施例提供一种成像系统，其包括：事件驱动像素，其包含：光电检测器，其经配置以响应于从外部场景接收的入射光而产生光电流，光电流/电压转换器，其耦合到所述光电检测器以将所述光电流转换成电压，及差分电路，其耦合到所述光电流/电压转换器且经配置以至少部分地基于所述电压产生差分信号，其中所述差分电路包含：电容式分压器，其具有：(a)第一电容器，其耦合到所述光电流/电压转换器的输出，及(b)第二电容器，其与所述光电流/电压转换器的所述输出相对地耦合到所述第一电容器；源极跟随器晶体管，其具有耦合到位于所述第一电容器与所述第二电容器之间的节点的栅极；复位晶体管，其耦合于参考电压与所述节点之间，且具有经配置以接收复位信号的栅极；及行选择晶体管，其耦合于所述源极跟随器晶体管与列线之间，且经配置以响应于行选择信号的断言而将所述差分信号输出到所述列线上；阈值比较电路，其经由所述列线耦合到所述差分电路，其中所述阈值比较电路经配置以将所述差分信号与一或多个阈值进行比较；及控制电路，其耦合到所述阈值比较电路并耦合到所述事件驱动像素，其中所述控制电路经配置以在所述差分信号超过所述一或多个阈值中的阈值时，(i)登记所述事件驱动像素已检测到所述外部场景中的事件，且(ii)起始所述差分电路的复位，使得所述节点被设定为所述参考电压。
附图说明
下文参考以下各图描述本发明技术的非限制性及非穷尽性实施例，遍及各图，除非另有规定，否则相似或类似参考符号用于指代相似或类似组件。
图1及2是各自根据本发明技术的各种实施例配置的包含事件驱动像素的成像系统的部分示意性框图。
图3及4是根据本发明技术的各种实施例配置的复位控制电路的部分示意图。
图5是图解说明根据本发明技术的各种实施例的操作事件驱动像素的方法的时序图。
图6是根据本发明技术的各种实施例配置的另一事件驱动像素的部分示意图。
图7A是根据本发明技术的各种实施例配置的MOS变容二极管电路的部分示意图。
图7B是图解说明根据本发明技术的各种实施例的操作图7A的MOS变容二极管电路的方法的时序图。
图8是可在图7A的MOS变容二极管电路中使用的三端子装置的部分示意图。
图9到12是各自根据本发明技术的各种实施例配置的耦合到光电传感器的光电流/电压转换器的部分示意图。
熟练的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明，且未必按比例绘制。举例来说，为有助于理解本发明技术的各个方面，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大。另外，图中通常未描绘或下文通常未详细描述商业上可行的实施例中有用或必需的常见而充分理解的元件或方法，以避免不必要地使对本发明技术的各个方面的说明模糊。
具体实施方式
本发明涉及事件驱动传感器。举例来说，本发明技术的数个实施例针对于事件驱动像素，包含具有无源差分检测电路系统的低功率事件驱动像素，及/或针对于具有复位控制电路的事件驱动像素。在以下说明中，陈述了特定细节以提供对本发明技术的各方面的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的系统、装置及技术可在不具有本文中所陈述的特定细节中的一或多者的情况下实践，或可利用其它方法、组件、材料等来实践。
在本说明书通篇中对“实例”或“实施例”的提及意指结合所述实例或实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明技术的至少一个实例或实施例中。因此，本文中使用短语“举例来说”、“作为实例”或“实施例”未必全部指代相同实例或实施例，且未必限于所论述的特定实例或实施例。此外，本文中所描述的本发明技术的特征、结构或特性可以任何适合的方式组合以提供本发明技术的进一步实例或实施例。
空间相对术语(例如，“底下”、“下面”“上方”、“下方”、“上面”、“上部”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中间”、“中部”及诸如此类)可在本文中为便于说明而用于描述如各图中所图解说明的一个元件或特征相对于一或多个其它元件或特征的关系。应理解，除了图中描绘的定向外，所述空间相对术语还打算涵盖装置或系统在使用或操作时的不同定向。举例来说，如果图中所图解说明的装置或系统围绕水平轴旋转、转动或翻转，那么描述为在一或多个其它元件或特征“下面”或“底下”或“下方”的元件或特征可在那时定向于一或多个其它元件或特征“上面”。因此，示范性术语“下面”及“下方”是非限制性的且可涵盖上面及下面两种定向。装置或系统可另外或替代地以图中所图解说明的其它方式定向(例如，围绕垂直轴旋转90度，或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述语应被相应地解释。另外，还应理解，当将元件称为“位于”两个其它元件“之间”时，所述元件可为所述两个其它元件之间的仅有元件，或者还可存在一或多个介入元件。
遍及本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称与符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，其两者具有相同含义。
A.概述
有源像素传感器通常采用具有全局界定的积分时间的像素阵列。因此，有源像素传感器的阵列中的像素通常具有相同的积分时间，且阵列中的每一像素无论其内容如何(例如，无论从像素被读出的最后时间以来由像素捕获的外部场景中是否已发生改变)通常被转换成数字信号。
相比来说，事件驱动传感器(例如，事件视觉传感器或动态视觉传感器)仅在像素捕获到外部场景中的改变(例如，事件)时读出像素及/或将对应像素信号转换成数字信号。换句话说，事件驱动传感器的未检测到外部场景中的改变的像素不被读出，及/或对应于此类像素的像素信号不被转换成数字信号。因此，事件驱动传感器的每一像素可独立于事件驱动传感器的其它像素，且仅需要读出检测到外部场景中的改变的像素，及/或使其对应像素信号转换成数字信号及/或被记录(借此节省功率)。
许多事件驱动像素包含用于事件阈值检测的局部放大及比较器。每一事件驱动像素的放大及比较器电路通常需要大约数毫微安培的DC偏置电流，这会导致百万像素事件驱动传感器中数毫瓦的功率消耗，无论外部场景中是否发生任何事件。换句话说，许多事件驱动像素的电流功率消耗使此类事件驱动像素不适合于与电池供电式的始终接通的事件驱动传感器一起使用，在所述事件驱动传感器中，事件驱动传感器的低于毫瓦的功率消耗是合意的(例如，以实现延长的电池寿命)。
一些事件驱动像素(a)在不在输出级中进行放大的情况下，测量基于从光传感器输出的光电流而产生的电压，且(b)包含共源极gm级来弥补输出级中信号放大的缺失。预期使用共源极gm级会导致过度不均匀性、增加的非线性、针对事件驱动传感器的所有事件驱动像素恰当地设定操作点的挑战，及/或校准事件驱动像素的挑战。另外，由于信号放大仅在输出级之后发生，因此预期使用共源极gm级的事件驱动像素的噪声性能次于上文所描述的事件驱动传感器。
为解决这些担忧，本发明技术的数个事件驱动像素各自包含：(a)光传感器，其经配置以响应于从外部场景接收的入射光而产生光电流；(b)光电流/电压转换器，其耦合到所述光传感器以将所述光电流转换成电压；及(c)无源差分电路，其耦合到所述光电流/电压转换器且经配置以至少部分地基于所述电压而产生差分信号或模拟信号电平(例如，相对于复位时间的差分电压)。使用无源差分电路可减小事件驱动像素的功率消耗。在一些实施例中，本发明技术的无源差分电路可为以AC方式耦合的。在这些及其它实施例中，差分电路可包含源极跟随器缓冲器或晶体管。尤其与采用共源极放大器来重新引入增益的事件驱动像素相比，预期在差分电路中包含源极跟随器缓冲器会(a)产生经改进均匀性及/或线性，及/或(b)改进事件驱动像素的动态响应。在这些及其它实施例中，本发明技术的事件驱动像素可包含对列电平的事件阈值检测以(a)减小事件驱动像素的静态功率消耗及/或(b)实施事件驱动像素的基于帧的读出。
在这些及其它实施例中，本发明技术的光电流/电压转换器可包含放大器。光电流/电压转换器的放大器可采用来提高对从光电流/电压转换器输出的电压的改变的响应速度。换句话说，放大器可在低等待时间应用中采用来提高事件驱动像素的差分电路基于从光电流/电压转换器输出的电压而产生模拟信号电平的速度。在一些实施例中，光电流/电压转换器的放大器可经配置以接收启用信号，所述启用信号用以选择性地启用(或停用)放大器以便节省功率。举例来说，光电流/电压转换器的放大器可在事件驱动像素不输出模拟信号电平时(例如，在帧不被读出时)断电，借此减小事件驱动像素的功率消耗。
在这些及又一些实施例中，本发明技术的事件驱动像素包含复位控制电路。复位控制电路可经配置以(a)响应于全局复位信号的断言而使事件驱动像素初始化，及/或(b)在模拟信号电平从事件驱动像素读出(例如，响应于行选择信号的断言)且模拟信号电平指示已在外部场景内发生事件(例如，导致确认信号的断言)时使事件驱动像素复位。在一些实施例中，本发明技术的事件驱动像素可利用差分电路的数个电容器之间的电容器匹配来减小、最小化或消除差分电路的增益误差。因此，预期本发明技术的事件驱动像素适合于与电池供电式的始终接通的事件驱动传感器一起使用，同时避免上文所论述及许多事件驱动像素中所观察到的挑战中的数个挑战。
B.低功率事件驱动像素、复位控制电路以及相关联系统、装置及方法的选定实施 例
图1是根据本发明技术的各种实施例配置的成像系统100的部分示意性框图。如所展示，成像系统100包含事件驱动像素120及阈值比较电路108。在本发明技术的其它实施例中，阈值比较电路108可并入到事件驱动像素120中。
图1的事件驱动像素120包含光传感器102、光电流/电压转换器104、差分电路106及复位控制电路110。光传感器102在图1中图解说明为具有耦合到接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)的阳极及耦合到光电流/电压转换器104的阴极的光电二极管。在操作中，图1的光传感器102经配置以响应于从外部场景接收的入射光114而光生电荷或光电流。在本发明技术的其它实施例中，光传感器102可为另一适合类型的光传感器或光电检测器(例如，金属半导体金属(MSM)光电检测器、光电晶体管、光电导检测器或光电管)。
图1的光电流/电压转换器104耦合到光传感器102且经配置以将由光传感器102产生的光电流转换成电压。差分电路106耦合到光电流/电压转换器104。基于从光电流/电压转换器104接收的电压，差分电路106经配置以(a)在事件驱动像素120复位时对参考信号或电压进行取样，且(b)相对于参考信号(例如，相对于事件驱动像素120被复位的最后时间)产生差分信号或电压(例如，模拟信号电平)。当行选择信号rsel(m)被断言时，差分电路106可将差分信号输出到位线或列线107上。更具体来说，差分电路106可经由列线107将差分信号输出到阈值比较电路108。
在一些实施例中，光电流/电压转换器104可经配置以接收启用信号EN。如下文参考图11及12更详细地论述，启用信号EN可用于选择性地启用(例如，加电，例如接通、启用电流流动，或者迫使进入较高功率模式或状态)或停用(例如，断电，例如切断、停用电流流动，或者迫使进入较低功率模式或状态)光电流/电压转换器104的一或多个放大器。预期停用所述放大器会减小事件驱动像素120的功率消耗，借此减小成像系统100及/或并入有成像系统100的图像传感器(未展示)的功率消耗。
复位控制电路110控制事件驱动像素120的复位。更具体来说，复位控制电路110接收全局复位信号GRST、行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)。如下文参考图2到6更详细地论述，基于全局复位信号GRST、行选择信号rsel(m)及/或确认信号col_ack(n)的断言，复位控制电路经配置以(a)产生复位信号RST及(b)响应于复位信号RST的断言而起始对差分电路106中的新参考信号进行取样。
阈值比较电路108耦合到差分电路106的输出。在所图解说明实施例中，阈值比较电路108是事件驱动像素120外围的电路且经由列线107耦合到事件驱动像素120。与并入有专用阈值比较电路的事件驱动像素相比，预期将阈值比较电路108放置在列线107上使得在事件驱动像素120及耦合到列线107的其它事件驱动像素(未展示)当中共享阈值比较电路108会减小静态功率消耗。
在操作中，阈值比较电路108经配置以检测在外部场景内发生的事件。更具体来说，当在外部场景中发生事件时，所述事件在由光传感器102接收的入射光114中指示为强度或亮度的快速或突然改变。换句话说，如果外部场景是静态的使得不发生任何事件，那么入射光114的亮度保持基本上不变。如此，由光传感器102产生的光电流保持基本上恒定。然而，如果在外部场景内发生事件(例如，移动)，那么所述事件指示为由光传感器102接收的入射光114的亮度的非同步快速或突然改变。亮度改变可为从较暗到较亮或从较亮到较暗。因此，可存在由光传感器102产生的光电流的非同步改变，这又可导致由差分电路106产生的差分信号改变。因此，阈值比较电路108可经配置以从差分电路106接收差分信号，将差分信号与一或多个阈值或量进行比较，且基于所述比较而检测在外部场景中发生的事件。举例来说，当由差分电路106输出的差分信号的量值超过阈值的量值时，阈值比较电路108可检测到已在外部场景中发生事件。
当阈值比较电路108检测到事件时，确认信号col_ack(n)可被断言以提示复位控制电路110(a)断言复位信号RST以使事件驱动像素120复位，且(b)起始对差分电路106中的新参考电压进行取样。另外或替代地，阈值比较电路108可输出事件信息(例如，检测到事件的地点，例如用于检测事件的像素阵列中光传感器102的x-y坐标；针对所述事件，光电流改变的极性(例如，更亮或更暗)；及/或事件发生的时间)以供记录。另一方面，当阈值比较电路108未检测到事件时，确认信号col_ack(n)可保持未断言，使得(在不发生全局复位信号GRST的断言的情况下)事件驱动像素120不被复位控制电路110复位，且差分电路106继续基于先前取样的参考电压产生差分信号。
应注意，并入有图1的成像系统100的图像传感器不需要记录整个常规图像，且因此不具有必须逐帧捕获正常图像的所有高度冗余的信息的负担。替代地，图像传感器可仅记录事件信息。换句话说，在由阈值比较电路108执行的阈值比较之外，图像传感器可忽略图像或视频的其中未检测到事件的帧部分，借此实现低数据速率下的超高帧速率及/或超高速度能力。在一些实施例中，事件可同步地或非同步地读出。在这些及其它实施例中，来自事件驱动像素120的事件数据可经由软件、人工智能(AI)网络或其它适合技术与正常图像或视频捕获组合以利用事件检测重构高帧速率、高质量图像或视频。
图2是根据本发明技术的各种实施例配置的成像系统200的部分示意图。成像系统200可为图1的成像系统100或本发明技术的另一成像系统。如所展示，成像系统200包含控制电路215、事件驱动像素220及阈值比较电路208。
事件驱动像素220包含光传感器202、光电流/电压转换器204、差分电路206及复位控制电路210。光传感器202包含耦合到接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)的阳极以及阴极。事件驱动像素220的光电流/电压转换器204耦合到光传感器202的阴极且经配置以将由光传感器202产生的光电流转换成电压VA。在一些实施例中，电压VA与由光传感器202从外部场景接收的入射光的强度成对数关系。下文参考图9到12更详细地论述光电流/电压转换器204的数个示意性配置。
事件驱动像素220的差分电路206耦合到光电流/电压转换器204的输出。在所图解说明实施例中，差分电路206包含具有电容C1的第一电容器222、具有电容C2的第二电容器223、复位晶体管225、源极跟随器缓冲器或晶体管226，及行选择晶体管227。第一电容器222、第二电容器223、复位晶体管225及源极跟随器晶体管226经由节点D彼此耦合。更具体来说，第一电容器222耦合于光电流/电压转换器204的输出与节点D之间；第二电容器223耦合于接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)与节点D之间；源极跟随器晶体管226的栅极耦合到节点D；且复位晶体管225的源极耦合到节点D。源极跟随器晶体管226的漏极耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)，且源极跟随器晶体管226的源极耦合到行选择晶体管227的漏极。在一些实施例中，源极跟随器晶体管226是线性源极跟随器缓冲器。行选择晶体管227的源极耦合到列线col(n)，且行选择晶体管227的栅极经配置以接收由成像系统200的控制电路215控制的行选择信号rsel(m)。
差分电路206以AC方式耦合到光电流/电压转换器204。在操作中，差分电路206的第一电容器222及第二电容器223共同用作经配置以滤除来自光传感器202及/或光电流/电压转换器204的输出的较低频率分量的高通滤波器。因此，事件驱动像素220可忽略由光传感器202响应于来自外部场景的入射光而产生的光电流的缓慢或逐渐改变，且可替代地检测在由光传感器202响应于入射光而产生的光电流中发生的快速或突然改变。至少部分地基于电压VA，差分电路206可在节点D处产生信号或电压VB，所述信号或电压被施加到源极跟随器晶体管226的栅极，使得源极跟随器晶体管226将对应差分信号(例如，模拟信号电平)输出到行选择晶体管227。换句话说，至少部分地基于节点D处的电压VB，当施加到行选择晶体管227的栅极的行选择信号rsel(m)被控制电路215断言时，源极跟随器晶体管226及行选择晶体管227可将差分信号输出到列线col(n)上。另外，由于第一电容器222及第二电容器223是无源组件，因此与采用有源电路组件的差分电路相比，差分电路206消耗少量功率，从而使差分电路206适合于在低功率、电池供电式及/或始终接通的事件驱动传感器中使用。因此，差分电路206可被视为低功率无源差分检测电路。
从事件驱动像素220输出到列线col(n)上的差分信号被馈送到阈值比较电路208中。如所展示，阈值比较电路208包含第一比较器231及第二比较器232，其各自具有经由节点O耦合到列线col(n)的输入。第一比较器231经配置以将由事件驱动像素220输出的差分信号与第一阈值进行比较，且第二比较器232经配置以将所述差分信号与第二阈值进行比较。在一些实施例中，第一比较器231可在入射于事件驱动像素220的光传感器202上的光的亮度或强度在一个方向上改变(例如，从较暗到较亮)时被触发。当被触发时，第一比较器231可断言可指示已在外部场景中发生事件的信号UP。在这些及其它实施例中，第二比较器232可在入射于光传感器202上的光的亮度或强度在另一方向上改变(例如，从较亮到较暗)时被触发。当被触发时，第二比较器232可断言可指示已在外部场景中发生事件的信号DOWN。信号UP及DOWN被传递到控制电路215，且控制电路215可在信号UP或信号DOWN指示已在外部场景中发生事件时(例如，在信号UP或信号DOWN被断言时)断言确认信号col_ack(n)。
再次参考图2的事件驱动像素220，差分电路206的复位晶体管225布置为复位开关。更具体来说，复位晶体管225布置为由第一电容器222及第二电容器223形成的开关式电容器滤波器的开关。如所展示，复位晶体管225包含(a)耦合到参考电压VREF(例如，正电力供应轨或另一参考电压)的漏极及(b)经配置以从复位控制电路210接收复位信号RST的栅极。如下文更详细地论述，差分电路206可在复位控制电路210断言复位信号RST时被复位或初始化。
如图2中所展示，复位控制电路210包含经配置以接收行选择信号rsel(m)的第一输入(输入a)、经配置以接收确认信号col_ack(n)的第二输入(输入b)，及经配置以接收全局复位信号GRST的第三输入(输入c)。复位控制电路210另外包含经配置以将复位信号RST施加到差分电路206的复位晶体管225的栅极的输出(输出y)。复位信号RST的断言可至少部分地取决于从控制电路215接收且输入到复位控制电路210中的行选择信号rsel(m)、确认信号col_ack(n)及全局复位信号GRST的状态。举例来说，如下文更详细地论述，控制电路215可断言行选择信号rsel(m)以从差分电路206读出差分信号，且可在阈值比较电路208检测到已在外部场景中发生事件时基于差分信号断言确认信号col_ack(n)。继续此实例，复位控制电路210可在行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)同时被断言时断言复位信号RST。作为另一实例，控制电路215可断言全局复位信号GRST以使事件驱动像素220复位或初始化，且复位控制电路210可响应于全局复位信号GRST的断言而断言复位信号RST。
图3及4分别是本发明技术的各种实施例中的可实施为图2的复位控制电路210的复位控制电路310及410的部分示意图。首先参考图3，复位控制电路310包含“与”逻辑门341、“或”逻辑门342及延迟元件343。“与”逻辑门341包含经配置以经由复位控制电路310的第一输入(输入a)接收行选择信号rsel(m)的第一输入，及经配置以经由复位控制电路310的第二输入(输入b)接收确认信号col_ack(n)的第二输入。“或”逻辑门342包含耦合到“与”逻辑门341的输出的第一输入、经配置以经由复位控制电路310的第三输入(输入c)接收全局复位信号GRST的第二输入，及耦合到延迟元件343的输入的输出(输出x)。延迟元件343包含耦合到复位控制电路310的输出(输出y)的输出。
在操作中，复位控制电路310经配置以在(a)全局复位信号GRST被断言或(b)行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)共同被断言时断言复位信号RST。换句话说，复位控制电路310经配置以每当(a)全局复位信号GRST被断言或(b)差分信号从图2的事件驱动像素220的差分电路206读出且所述差分信号指示已在外部场景中发生事件时断言RST。否则，复位控制电路310输出处于未断言状态的复位信号RST。如下文更详细地论述，在“或”逻辑门342的输出(输出x)的下降沿后，延迟元件343经配置以使复位信号RST即刻在延滞期(refractory period)内保持断言状态。在其它实施例中，复位控制电路310可缺少或省略延迟元件(例如，使得“或”逻辑门342的输出(输出x)连接(例如，直接)到复位控制电路310的输出(输出y)，及/或使得复位信号RST在“或”逻辑门342的输出(输出x)的下降沿后即刻解除断言而不具有延滞期)。
现在参考图4，复位控制电路410包含多个晶体管(在图4中个别地识别为第一晶体管451到第八晶体管458)以及电容器459。第一晶体管451到第四晶体管454布置为“与非”逻辑门。更具体来说，第一晶体管451的源极耦合到接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)，第一晶体管451的漏极耦合到第二晶体管452的源极，且第一晶体管451的栅极经配置以经由复位控制电路410的第二输入(输入b)接收确认信号col_ack(n)。第二晶体管452的漏极耦合到第三晶体管453的漏极并耦合到第四晶体管454的漏极，且第二晶体管452的栅极经配置以经由复位控制电路410的第一输入(输入a)接收行选择信号rsel(m)。第三晶体管453的源极耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)，第三晶体管453的漏极耦合到第四晶体管454的漏极，且第三晶体管453的栅极经配置以经由复位控制电路410的第一输入(输入a)接收行选择信号rsel(m)。第四晶体管454的源极耦合到供应电压，且第四晶体管454的栅极经配置以经由复位控制电路410的第二输入(输入b)接收确认信号col_ack(n)。
复位控制电路410的第七晶体管457布置为低态有效开关充电电容器459。特定来说，第七晶体管457的源极耦合到供应电压，第七晶体管457的栅极耦合到“与非”逻辑门的输出(例如，耦合到第二晶体管452的漏极、耦合到第三晶体管453的漏极，并耦合到第四晶体管454的漏极)，且第七晶体管457的漏极耦合到电容器459并耦合到复位控制电路410的输出(输出y)。电容器459耦合于(a)接地及(b)第七晶体管457的漏极与复位控制电路410的输出(输出y)之间。
复位控制电路410的第五晶体管455及第六晶体管456布置为传递晶体管。更具体来说，(a)第五晶体管455的源极耦合到第三晶体管453的漏极并耦合到第四晶体管454的漏极；(b)第五晶体管455的漏极耦合到第二晶体管452的漏极并耦合到第七晶体管457的栅极；(c)第六晶体管456的源极耦合到接地；且(d)第六晶体管456的漏极耦合到第二晶体管452的漏极、耦合到第五晶体管455的漏极，并耦合到第七晶体管457的栅极。第五晶体管455的栅极及第六晶体管456的栅极各自经配置以经由复位控制电路410的第三输入(输入c)接收全局复位信号。
第八晶体管458布置为经配置以在低态有效开关被释放时(例如，在第七晶体管457被关断时)使电容器459放电的电阻元件。更具体来说，第八晶体管458的源极耦合到接地；第八晶体管458的漏极耦合到第七晶体管457的漏极、耦合到电容器459并耦合到复位控制电路410的输出(输出y)；且第八晶体管458的栅极经配置以接收可编程或可修整偏置电压。如下文更详细地论述，第八晶体管458经配置以在第七晶体管457从接通变为关断时使复位信号RST在延滞期内保持断言状态。
在操作中，复位控制电路410与复位控制电路310类似地起作用。特定来说，当行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)两者被断言时，第七晶体管457经由“与非”逻辑门(由第一晶体管451到第四晶体管454形成)的输出而接通，电容器459被充电，且从复位控制电路410输出的复位信号RST被断言。另外，当全局复位信号GRST被断言时，第七晶体管457经由充当传递晶体管的第六晶体管456而接通，电容器459被充电，且从复位控制电路410输出的复位信号RST被断言。在所有其它时间，第七晶体管457关断，电容器459被放电或保持不充电，且从复位控制电路410输出的复位信号RST不被断言。
在(a)全局复位信号在断言之后被解除断言或(b)行选择信号rsel(m)或确认信号col_ack(n)在行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)两者共同断言之后被解除断言时，复位控制电路410的电容器459经由第八晶体管458放电。电容器459经由第八晶体管458放电的速率(a)取决于施加到第八晶体管458的栅极的可编程偏置电压且(b)与期间复位信号RST在第八晶体管458开始使电容器459放电之后保持断言的延滞期的长度负相关。举例来说，较高偏置电压可用于经由第八晶体管458使电容器459较快速地放电，且因此用于较短延滞期。继续此实例，较低偏置电压可用于经由第八晶体管458使电容器459较缓慢地放电，且因此用于较长延滞期。
应了解，在本发明技术的其它实施例中，图2的复位控制电路210可具有与图2、3及4中所展示的示意性配置不同的另一示意性配置，且所述另一示意性配置可基于行选择信号rsel(m)、确认信号col_ack(n)及/或全局复位信号GRST选择性地使事件驱动像素220复位。举例来说，如上文所论述，在本发明技术的一些实施例中可省略图3的复位控制电路310的延迟元件343，使得不存在在全局复位信号GRST、确认信号col_ack(n)及/或行选择信号rsel(m)被解除断言之后的延滞期。作为另一实例，在一些实施例中，图4的复位控制电路410可缺少在全局复位信号GRST、确认信号col_ack(n)及/或行选择信号rsel(m)被解除断言之后的延滞期。作为特定实例，可省略复位控制电路410的电容器459及/或第八晶体管458，及/或施加到第八晶体管458的栅极的偏置电压可经设定使得电容器459快速地(例如，立即)放电。应进一步了解，在其它实施例中，差分电路206、事件驱动像素220、阈值比较电路208及/或控制电路215可具有与图2中所展示的示意性配置不同的其它示意性配置。实际上，下文关于图6详细地论述可作为图2的差分电路206及/或事件驱动像素220的补充或代替使用的本发明技术的替代示意性配置的实例。
图5是图解说明根据本发明技术的各种实施例的操作图2的成像系统200及事件驱动像素220的方法的时序图560。共同参考图2及5，为了清晰及理解起见，假设由光传感器202产生的光电流是线性的(如图5中的顶部曲线图中所展示)。还假设，光电流/电压转换器204将由光传感器202产生的光电流转换成对数增加的电压VA(如图5的上数第二曲线图中所展示)。在其它实施例中，由光电流/电压转换器204产生的电压VA可为由光传感器202产生的光电流的另一函数(例如，线性、平方根等)。
在图5中所展示的时间t0，成像系统200的控制电路215通过断言全局复位信号GRST实施全局复位以使事件驱动像素220初始化。当全局复位信号GRST被断言时，事件驱动像素220的复位控制电路210断言施加到复位晶体管225的栅极的复位信号RST。继而，复位晶体管225被接通，节点D处的电压VB达到参考电压VREF，且第一电容器222上的电压达到等于从光电流/电压转换器204输出的电压VA与参考电压VREF之间的差(例如，VA-VREF)的电压。
在时间t1，控制电路215解除断言全局复位信号GRST。作为响应，复位控制电路210解除断言复位信号RST，从而关断复位晶体管225。从时间t1到时间t2，节点D处的电压VB与从光电流/电压转换器204输出的电压VA相对于时间t1的改变成比例(例如，与VA(t)-VA(t1)的改变成比例)地改变。电压VB在节点D处出现为具有取决于第一电容器222的电容C1及第二电容器223的电容C2的相对增益或衰减。举例来说，由于至少部分地由第一电容器222及第二电容器223形成的电容式分压器，电压VB在节点D处出现为具有由电容C1除以电容C1与电容C2的和(例如，C1/(C1+C2))给出的相对增益或衰减。
在时间t2，控制电路215断言行选择信号rsel(m)(例如，作为滚动读出成像系统200中的像素以定位成像系统200的已检测到事件的像素的部分)，借此激活行选择晶体管227。继而，与在时间t2施加到源极跟随器晶体管226的栅极的电压VB对应的差分信号(例如，模拟信号电平)经由行选择晶体管227输出到列线col(n)上。差分信号在时间t2与时间t3之间在节点O处出现，且被馈送到阈值比较电路208的第一比较器231及第二比较器232中。第一比较器231将差分信号与第一阈值电压Vth-up进行比较，且第二比较器232将差分信号与第二阈值电压Vth-down进行比较。在一些实施例中，差分信号的列读出可涉及可编程增益放大器及/或模/数转换器。
如图5中所展示，输出到列线col(n)上且在时间t2与时间t3之间在节点O处出现的差分信号不超过第一阈值电压Vth-up或第二阈值电压Vth-down。因此，在时间t2与时间t3之间输出的差分信号将不触发第一比较器231或第二比较器232。如此，信号UP及信号DOWN两者在此时间段期间保持未断言。因此，控制电路215不基于在时间t2输出的差分信号而登记事件，且确认信号col_ack(n)保持未断言。由于确认信号col_ack(n)保持未断言，因此事件驱动像素220的复位控制电路210不使差分电路206复位(例如，在缺少全局复位信号GRST的介入断言的情况下)。因此，节点D处的电压VB继续与从光电流/电压转换器204输出的电压VA相对于时间t1的改变成比例(例如，与VA(t)-VA(t1)的改变成比例)地改变。在时间t3，控制电路215解除断言行选择信号rsel(m)。
在时间t4，控制电路215断言行选择信号rsel(m)(例如，作为滚动读出成像系统200的像素以定位成像系统200的已检测到事件的像素的部分)。继而，行选择晶体管227被激活，且与在时间t4施加到源极跟随器晶体管226的栅极的电压VB对应的差分信号(例如，模拟信号电平)经由行选择晶体管227输出到列线col(n)上并在时间t4与时间t5之间在节点O处出现。差分信号被馈送到阈值比较电路208的第一比较器231及第二比较器232中。如上文所论述，差分信号的列读出可涉及可编程增益放大器及/或模/数转换器。如图5中所展示，差分信号超过第一阈值电压Vth-up且不超过第二阈值电压Vth-down。因此，差分信号触发第一比较器231且不触发第二比较器232。如此，第一比较器231断言信号UP，而从第二比较器232输出的信号DOWN保持未断言。
在时间t5，响应于信号UP的断言，控制电路215登记事件且断言确认信号col_ack(n)。由于在时间t5与时间t6之间确认信号col_ack(n)及行选择信号rsel(m)两者均被断言，因此复位控制电路210通过在时间t5与时间t6之间断言复位信号RST而实施事件驱动像素220的局部复位。继而，经断言复位信号RST被施加到复位晶体管225的栅极，且事件驱动像素220的差分电路206被复位。更具体来说，差分电路206的节点D处的电压VB复位为参考电压VREF，且新信号(VA(t6)-VREF)被取样到第一电容器222上。行“m”的输出指示事件发生的差分信号的其它像素也将在此时复位。在时间t6，控制电路215解除断言行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)。作为响应，复位控制电路210解除断言复位信号RST。
如图5中所展示，由光传感器202输出的光电流及由光电流/电压转换器204输出的电压VA在时间t6与时间t7之间降低。由于节点D处的电压VB与从光电流/电压转换器204输出的电压VA相对于时间t6的改变成比例(例如，相对于差分电路206被复位的最后时间，或与VA(t)-VA(t6)的改变成比例)地改变，因此节点D处的电压VB也在时间t6与时间t7之间降低。
在时间t7，控制电路215断言行选择信号rsel(m)(例如，作为滚动读出成像系统200的像素以定位成像系统200的已检测到事件的像素的部分)。继而，行选择晶体管227被激活，且与在时间t7施加到源极跟随器晶体管226的栅极的电压VB对应的差分信号(例如，模拟信号电平)经由行选择晶体管227输出到列线col(n)上并在时间t7与时间t8之间在节点O处出现。差分信号被馈送到阈值比较电路208的第一比较器231及第二比较器232中。如上文所论述，差分信号的列读出可涉及可编程增益放大器及/或模/数转换器。如图5中所展示，差分信号超过第二阈值电压Vth-down且不超过第一阈值电压Vth-up。因此，差分信号触发第二比较器232且不触发第一比较器231。如此，第二比较器232断言信号DOWN，而从第一比较器231输出的信号UP保持未断言。
在时间t8，响应于信号DOWN的断言，控制电路215登记事件且断言确认信号col_ack(n)。由于在时间t8与时间t9之间确认信号col_ack(n)及行选择信号rsel(m)两者均被断言，因此复位控制电路210通过在时间t8与时间t9之间断言复位信号RST而实施事件驱动像素220的局部复位。继而，经断言复位信号RST被施加到复位晶体管225的栅极，且事件驱动像素220的差分电路206被复位。更具体来说，差分电路206的节点D处的电压VB复位为参考电压VREF，且新信号(VA(t9)-VREF)被取样到第一电容器222上。行“m”的输出指示事件发生的差分信号的其它像素也将在此时复位。在时间t9，控制电路215解除断言行选择信号rsel(m)及确认信号col_ack(n)。继而，复位控制电路210解除断言复位信号RST。
因此，图2的成像系统200的事件驱动像素220以与全局快门传感器中常见的像素内AC耦合相关双取样(CDS)像素类似的方式操作。然而，与此类像素相比，复位电平不在事件驱动像素220中或成像系统200中用作参考。而是，与事件驱动像素220被复位的最后时间对应的光等级用作参考。另外，与此类像素内AC耦合CDS像素相比，图2的事件驱动像素220的复位是条件性的，基于(a)成像系统200的全局复位及(b)事件驱动像素220输出指示已在外部场景中发生事件的差分信号(例如，超过第一阈值电压Vth-up或第二阈值电压Vth-down的差分信号)。
图6是根据本发明技术的各种实施例配置的另一事件驱动像素620的部分示意图。如所展示，事件驱动像素620类似于图2的事件驱动像素220。举例来说，事件驱动像素620包含(a)光传感器602、(b)光电流/电压转换器604，及(c)差分电路606，所述差分电路具有第一电容器622、第二电容器623、复位晶体管625、源极跟随器晶体管626及行选择晶体管627。尽管图6中未展示，但事件驱动像素620可进一步包含类似于图2的复位控制电路210且具有耦合到复位晶体管625的栅极的输出的复位控制电路。事件驱动像素620的光传感器602、光电流/电压转换器604、差分电路606及复位控制电路可分别与图2的光传感器202、光电流/电压转换器204、差分电路206及复位控制电路210类似地操作。因此，为了简洁起见，此处省略对事件驱动像素620的此等组件的详细论述。第一参考电压VREF1图解说明于图6中且可为图2中所图解说明的参考电压VREF或本发明技术的另一参考电压。
与图2的事件驱动像素220相比，图6的事件驱动像素620的差分电路606进一步包含无源MOS变容二极管670(例如，变容器)。变容二极管670包含第一晶体管671及第二晶体管672。第一晶体管671(a)电耦合于第二参考电压VREF2与第二电容器623之间，且(b)包含经配置以接收取样与保持信号S&H的栅极。第二晶体管672(a)电耦合于第三参考电压VREF3与第二电容器623之间，且(b)包含经配置以接收信号Boost的栅极。如下文更详细地描述，变容二极管670可在事件驱动像素620中采用来提供信号放大及减小噪声。
现在将参考图7A及7B解释变容二极管670的特性。图7A是根据本发明技术的各种实施例配置的MOS变容二极管电路780的部分简化示意图，且图7B是图解说明操作图7A的MOS变容二极管电路780的方法的时序图785。MOS变容二极管电路780可大体对应于图6中所图解说明的事件驱动像素620的一部分。举例来说，图7A的MOS变容二极管电路780可大体对应于事件驱动像素620的复位晶体管625、第二电容器623、第一晶体管671及第二晶体管672。因此，为了清晰及理解起见，在图7A及7B中使用与图6中所使用的那些类似的参考编号及信号。
如所展示，MOS变容二极管电路780包含由复位信号RST控制的开关725、由取样与保持信号S&H控制的开关771、由信号Boost控制的开关772，及具有彼此耦合的漏极端子及源极端子的MOS电容器723。开关725将MOS电容器723的栅极选择性地耦合到参考电压VREF1。类似地，开关771将MOS电容器723的源极及漏极端子选择性地耦合到参考电压VREF2，且开关772将MOS电容器723的源极及漏极端子选择性地耦合到参考电压VREF3。开关771及开关772可形成变容二极管770的至少部分。
共同参考图7A及7B，当(i)复位信号RST及取样与保持信号S&H两者均被断言且(ii)信号Boost保持未断言时，MOS变容二极管电路780在第一操作阶段(例如，跟踪或反转阶段)下操作且信号被取样到MOS电容器723上。更具体来说，MOS电容器723的漏极及源极端子经由开关771偏置为参考电压VREF2。假设(a)参考电压VREF2是低参考电位(例如，接地、负电力供应轨或低于参考电压VREF1的另一参考电压)且(b)参考电压VREF1足够大以通过从MOS电容器723的漏极及源极端子拉取电荷来形成沟道而引起沟道反转，因为结电容处于参考电压VREF2，所以MOS电容器723的电容可由栅极氧化物电容界定。
另一方面，当(i)信号Boost被断言且(ii)复位信号RST及取样与保持信号S&H未断言时，MOS变容二极管电路780在第二操作阶段(例如，放大或累积阶段)下操作且节点G处的电压增加。更具体来说，MOS电容器723的漏极及源极端子偏置为参考电压VREF3。假设参考电压VREF3是高参考电位(例如，VDD、正电力供应轨或高于参考电压VREF1及/或VREF2的另一参考电压)，沟道反转电荷将被移除。另外，尽管在MOS变容二极管电路780转变成第二操作阶段时，MOS电容器723的栅极(节点G)处的电荷将不改变，但MOS电容器723的栅极(节点G)所见的电容是栅极电容与半导体的块体中偏置为接地或另一低电压的扩散电容的串联连接。因为这些电容的串联连接小于栅极氧化物电容的个别贡献且因为MOS电容器723的栅极(节点G)处的电荷保持未改变，所以节点G处的电压增加到由下文方程式1及2给出的电位：
上文对MOS变容二极管电路780的论述忽视了MOS电容器723的源极及漏极端子的结处的边缘电容，所述边缘电容应保持为最小。三端子装置(例如图8中所图解说明的三端子装置881)可在本发明技术的一些实施例中用于减小、最小化或消除源极及漏极端子的结处的边缘电容。
再次参考图6，鉴于上文对图7A到8的论述，当将参考信号取样到第一电容器622上时，施加到复位晶体管625的栅极的复位信号RST及施加到变容二极管670的第一晶体管671的栅极的取样与保持信号S&H可共同被断言，而施加到变容二极管670的第二晶体管672的栅极的信号Boost可保持未断言，使得电压VB被取样到第二电容器623上，等于参考电压VREF1与参考电压VREF2之间的差(例如，VREF1-VREF2)。如上文所论述，参考电压VREF2可为低参考电位(例如，接地、负电力供应轨或低于参考电压VREF1的另一参考电压)。然后，复位信号RST可被解除断言，从而跨越第一电容器622及第二电容器223形成无源分压器，如上文参考图2及5所论述。节点D处的电压VB因此成比例地跟踪由光电流/电压转换器604输出的电压VA，且在节点D处出现为具有由第一电容器622的电容C1除以电容C1与第二电容器623的电容C2的和(例如，C1/(C1+C2))给出的相对增益或衰减。在包含事件驱动像素620的成像系统的滚动读出期间，取样与保持信号S&H可被解除断言且(在无重叠的情况下)信号Boost可被断言以经由第二晶体管672将第二电容器623的底部板极连接到参考电位VREF3(例如，VDD、正电力供应轨或高于参考电压VREF1及/或VREF2的另一参考电压)。这将移除在第二电容器623上形成的沟道中的反转电荷，从而将减小源极跟随器晶体管626的栅极所见的第二电容器623的电容C2。继而，无源差分电路606的增益(例如，由电容C1除以电容C1与电容C2的和(例如，C1/(C1+C2)提供)更接近于1。以此方式，事件驱动像素620可采用变容二极管670来通过使变容二极管670循环经历反转及累积阶段而提供无源信号放大及噪声减小。
图9到12分别是根据本发明技术的各种实施例配置的光电流/电压转换器904、1004、1104及1204的部分示意图。光电流/电压转换器904、1004、1104及1204可各自在图2的事件驱动像素220中用于将光电流转换成电压且因此图解说明为耦合到图2的光传感器202。光电流/电压转换器904、1004、1104及1204中的每一者可用于本发明技术的其它事件驱动像素中，包含图6的事件驱动像素620。因此，光电流/电压转换器904、1004、1104及1204中的每一者可耦合到光传感器602或本发明技术的另一光传感器。
首先参考图9，光电流/电压转换器904包含晶体管991，所述晶体管具有(a)耦合到光传感器202的阴极的源极及(b)耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)的漏极。晶体管991的栅极耦合到偏置电压。在操作中，光电流/电压转换器904经配置以将由光传感器202输出的光电流转换成电压VA，所述电压可馈送到差分电路(例如，图2的差分电路206、图6的差分电路606，及/或本发明技术的另一差分电路)，如上文所论述。更具体来说，光电流/电压转换器904经配置以产生与由光传感器202从外部场景接收的入射光的强度成对数或其它(例如，线性、平方根等)关系的电压VA。
现在参考图10，光电流/电压转换器1004包含晶体管1091，所述晶体管具有(a)耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)的漏极及(b)耦合到偏置电压的栅极。光电流/电压转换器1004进一步包含彼此串联堆叠的多个晶体管1092(在图10中个别地识别为第一晶体管1092a到第n晶体管1092n)。所述多个晶体管中的第一晶体管1092a包含耦合到光传感器202的阴极的源极，且所述多个晶体管中的第n晶体管1092n包含耦合到晶体管1091的源极并耦合到光电流/电压转换器1004的输出的漏极，光电流/电压转换器1004在所述输出处产生电压VA。
如所展示，第一晶体管1092a到第n晶体管1092n中的每一者包含经配置以接收对应偏置电压的栅极。施加到第一晶体管1092a到第n晶体管1092n的栅极的偏置电压可为相同的，或所述偏置电压中的至少一些可彼此不同。施加到第一晶体管1092a到第n晶体管1092n的栅极的偏置电压可使第一晶体管1092a到第n晶体管1092n以弱反转操作，使得第一晶体管1092a到第n晶体管1092n提供信号放大。换句话说，第一晶体管1092a到第n晶体管1092n可采用来放大在光电流/电压转换器1004的输出(节点A)处产生的电压VA。
现在参考图11，光电流/电压转换器1104包含晶体管1191，所述晶体管具有(a)耦合到光传感器202的阴极的源极及(b)耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)的漏极。光电流/电压转换器1104进一步包含放大器1193，所述放大器具有(a)耦合到光传感器202的阴极并耦合到晶体管1191的源极的输入(例如，反相输入)，及(b)耦合到(i)光电流/电压转换器1104的在其处光电流/电压转换器1104产生电压VA的输出并耦合到(ii)晶体管1191的栅极的输出。在一些实施例中，放大器1193可为运算放大器及/或可包含耦合到接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)的另一输入(未展示)，例如非反相输入。
放大器1193可采用来提高对在光电流/电压转换器1104的位于晶体管1191的源极与栅极之间的输出处产生的电压VA的改变的响应速度。换句话说，放大器1193可在低等待时间应用中采用来提高差分电路(例如，图2的差分电路206、图6的差分电路606或本发明技术的另一差分电路)基于节点D处的电压VB(图2及6)产生差分信号的速度。
如图11中所展示，放大器1193可经配置以接收启用信号EN<i>。启用信号EN<i>可用于选择性地启用或停用放大器1193。举例来说，启用信号EN<i>可用于在对应事件驱动像素不对参考信号进行取样或输出差分信号时选择性地停用放大器1193或将其置于断电模式(借此减小对应事件驱动像素的功率消耗)，且可在对应事件驱动像素对参考信号进行取样或预期将差分信号输出到列线col(n)上时(例如，在行选择信号rsel(m)被断言时)选择性地启用放大器1193或将其置于加电模式。在一些实施例中，放大器1193可需要时间来稳定。在这些实施例中，启用信号EN<i>可在差分信号从对应事件驱动像素读出到列线col(n)上之前的给定时间被断言。
现在参考图12，光电流/电压转换器1204表示图10的光电流/电压转换器1004与图11的光电流/电压转换器1104的组合。更具体来说，光电流/电压转换器1204包含晶体管1291、多个晶体管1292(在图12中个别地识别为第一晶体管1292a到第n晶体管1292n)，及放大器1293。多个晶体管1292彼此串联堆叠。所述多个晶体管中的第一晶体管1292a包含耦合到光传感器202的阴极并耦合到放大器1293的输入(例如，反相输入)的源极。所述多个晶体管中的第n晶体管1292n包含耦合到晶体管1291的源极的漏极。放大器1293包含耦合到(i)光电流/电压转换器1204的在其处光电流/电压转换器1204产生电压VA的输出并耦合到(ii)晶体管1291的栅极的输出。在一些实施例中，放大器1293可为运算放大器及/或可包含耦合到接地(例如，负电力供应轨或另一参考电压)的另一输入(未展示)，例如非反相输入。晶体管1291包含耦合到供应电压(例如，正电力供应轨或另一参考电压)的漏极。
类似于图10的光电流/电压转换器1004的第一晶体管1092a到第n晶体管1092n，图12的第一晶体管1292a到第n晶体管1292n中的每一者包含经配置以接收对应偏置电压的栅极。施加到第一晶体管1292a到第n晶体管1292n的栅极的偏置电压可为相同的，或所述偏置电压中的至少一些可彼此不同。施加到第一晶体管1292a到第n晶体管1292n的栅极的偏置电压可使第一晶体管1292a到第n晶体管1292n以弱反转操作，使得第一晶体管1292a到第n晶体管1292n提供信号放大，如上文所论述。
类似于图11的光电流/电压转换器1104的放大器1193，放大器1293可采用来提高对在光电流/电压转换器1204的位于晶体管1191的源极与栅极之间的输出处产生的电压VA的改变的响应速度。换句话说，放大器1293可在低等待时间应用中采用来提高对应事件驱动像素的差分电路(例如，图2的差分电路206、图6的差分电路606或本发明技术的另一差分电路)基于节点D处的电压VB(图2)产生差分信号的速度。另外或替代地，与上文对图11的光电流/电压转换器1104的放大器1193的论述一致地，放大器1293可经配置以接收启用信号EN<i>，所述启用信号用以选择性地启用或停用放大器1293(例如，以减小光电流/电压转换器1204的功率消耗及因此对应事件驱动像素的功率消耗)。
C.结论
本技术的实施例的以上详细说明并不打算为穷尽性或将本技术限制于上文所揭露的精确形式。尽管上文出于说明性目的描述本技术的特定实施例及实例，但如相关领域的技术人员将认识到，可在本技术的范围内做出各种等效修改。举例来说，尽管上文以给定次序呈现步骤，但替代实施例可以不同次序执行步骤。此外，本文中所描述的各种实施例还可经组合以提供进一步实施例。
从前述内容，将了解，本文中已出于图解说明的目的描述了本技术的特定实施例，但未详细展示或描述众所周知的结构及功能以避免不必要地使对本技术的实施例的说明模糊。在上下文准许的情况下，单数或复数术语还可分别包含复数或单数术语。另外，除非词语“或”在参考两个或更多个项目的列表时明确地被限制于仅意指排斥其它项目的单个项目，否则在此列表中使用“或”应解释为包含(a)列表中的任何单个项目，(b)列表中的所有项目，或(c)列表中的项目的任何组合。此外，如本文中所使用，如在“A及/或B”中的短语“及/或”是指仅A、仅B，以及A及B两者。另外，遍及全文，术语“包括(comprise)”、“包含(include)”、“具有(have)”及“具有(with)”用于意指至少包含所叙述特征，使得不排除任何更大数目个相同特征及/或额外类型的其它特征。此外，如本文中所使用，短语“基于(based on)”、“取决于(depend on)”、“由于(as a result of)”及“响应于(in responseto)”不应解释为参考封闭条件集。举例来说，被描述为“基于条件A”的示范性步骤可基于条件A及条件B两者，这不背离本发明的范围。换句话说，如本文中所使用，短语“基于”应以与短语“至少部分地基于(based at least in part on)”或短语“至少部分地基于(based atleast partially on)”相同的方式来解释。并且，术语“连接”与“耦合”是在本文中可互换地使用且是指直接及间接连接或耦合两者。举例来说，在上下文准许的情况下，元件A“连接”或“耦合”到元件B可指(i)A直接“连接”或直接“耦合”到B及/或(ii)A间接“连接”或间接“耦合”到B。
从前述内容，还将了解，可在不背离本发明或本技术的情况下做出各种修改。举例来说，所属领域的普通技术人员将理解，本技术的各种组件可进一步划分成子组件组件，或本技术的各种组件及功能可组合及集成。另外，还可在其它实施例中组合或消除特定实施例的上下文中所描述的本技术的特定方面。此外，尽管已在本技术的特定实施例的上下文中描述与那些实施例相关联的优点，但其它实施例也可展现此些优点，且并非所有实施例均必须展现此些优点以归属于本技术的范围内。因此，本发明及相关联技术可涵盖本文中未明确展示或描述的其它实施例。

Claims (30)

1.一种事件驱动像素，其包括：
光传感器，其经配置以响应于从外部场景接收的入射光而产生光电流；
光电流/电压转换器，其耦合到所述光传感器以将所述光电流转换成第一电压；及
差分电路，其以AC方式耦合到所述光电流/电压转换器，
其中所述差分电路包含源极跟随器晶体管及开关式电容器滤波器，所述开关式电容器滤波器具有耦合到所述光电流/电压转换器的输入及耦合到所述源极跟随器晶体管的栅极的输出，
其中所述开关式电容器滤波器包含：(a)第一电容器，其耦合于所述开关式电容器滤波器的所述输入与所述输出之间，(b)第二电容器，其具有耦合到所述开关式电容器滤波器的所述输出的第一板极，及(c)复位晶体管，其耦合于参考电压与所述开关式电容器滤波器的所述输出之间，且
其中所述差分电路经配置以至少部分地基于所述参考电压及在第一时间的所述第一电压对参考光等级进行取样，且经配置以至少部分地基于所述源极跟随器晶体管的所述栅极处的第二电压产生差分信号，其中所述第二电压至少部分地基于所述参考光等级及在第二时间的所述第一电压，且其中所述差分信号指示所述事件驱动像素是否已检测到所述外部场景中的事件。
2.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其中所述第二电容器的第二板极耦合到接地。
3.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其进一步包括耦合到所述第二电容器的第二板极的变容二极管。
4.根据权利要求3所述的事件驱动像素，其中所述变容二极管包含：
第一晶体管，其具有经配置以接收取样与保持信号的栅极，其中所述第一晶体管耦合于(i)第二参考电压与(ii)所述第二电容器的所述第二板极之间；及
第二晶体管，其具有经配置以接收升压信号的栅极，其中所述第二晶体管耦合于(i)第三参考电压与(ii)所述第二电容器的所述第二板极之间。
5.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其中：
所述复位晶体管包含经配置以接收复位信号的栅极；且
所述差分电路经配置以响应于施加到所述复位晶体管的所述栅极的所述复位信号的断言而对所述参考光等级进行取样。
6.根据权利要求5所述的事件驱动像素，其进一步包括复位控制电路，所述复位控制电路具有耦合到所述复位晶体管的所述栅极的输出，其中所述复位控制电路经配置以：
响应于施加到所述复位控制电路的全局复位信号的断言而使所述差分电路初始化；及
在所述差分信号指示所述事件驱动像素已检测到所述外部场景中的所述事件时响应于以下各项的组合而使所述差分电路复位：(a)施加到所述复位控制电路的行选择信号的断言，及(b)施加到所述复位控制电路的确认信号的断言。
7.根据权利要求6所述的事件驱动像素，其中所述复位控制电路包含：
“与”逻辑门，其具有经配置以接收所述行选择信号的第一输入，及经配置以接收所述确认信号的第二输入；以及
“或”逻辑门，其具有耦合到所述“与”逻辑门的输出的第一输入、经配置以接收所述全局复位信号的第二输入，及耦合到所述复位控制电路的输出的输出。
8.根据权利要求6所述的事件驱动像素，其中所述复位控制电路包含：
“与非”逻辑门，其具有经配置以接收所述行选择信号的第一输入，及经配置以接收所述确认信号的第二输入；
至少一个传递晶体管，其耦合到所述“与非”逻辑门的输出且经配置以接收所述全局复位信号；及
低态有效开关，其经配置以至少部分地基于所述“与非”逻辑门的所述输出、所述至少一个传递晶体管的输出或其组合而将供应电压耦合到所述复位控制电路的输出。
9.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其中：
所述差分电路进一步包含行选择晶体管，所述行选择晶体管耦合于所述源极跟随器晶体管与列线之间，且经配置以在所述行选择晶体管的栅极处接收行选择信号；且
所述事件驱动像素经配置以响应于所述行选择信号的断言而输出所述差分信号。
10.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其中：
所述光电流/电压转换器包含晶体管，所述晶体管具有耦合到供应电压的漏极、耦合到所述光传感器的源极，及耦合到第一偏置电位的栅极；且
所述光电流/电压转换器在所述晶体管的所述源极与所述光传感器之间产生所述第一电压。
11.根据权利要求10所述的事件驱动像素，其中：
所述光电流/电压转换器进一步包含多个第二晶体管，所述多个第二晶体管串联布置于所述光传感器与所述晶体管的所述源极之间；
所述第二晶体管中的每一者具有耦合到对应偏置电位的栅极；且
所述光电流/电压转换器在所述第一晶体管的所述源极与所述多个第二晶体管的所述串联的和所述光传感器相对的端之间产生所述第一电压。
12.根据权利要求1所述的事件驱动像素，其中：
所述光电流/电压转换器包含：
晶体管，其具有耦合到所述光传感器的源极，及耦合到供应电压的漏极，以及
放大器，其具有耦合到所述光传感器并耦合到所述晶体管的所述源极的输入，及耦合到所述晶体管的栅极的输出；且
所述光电流/电压转换器在所述放大器的所述输出处产生所述第一电压。
13.根据权利要求12所述的事件驱动像素，其中所述放大器经配置以接收用以选择性地启用所述放大器的启用信号。
14.根据权利要求12所述的事件驱动像素，其中：
所述光电流/电压转换器进一步包含多个第二晶体管，所述多个第二晶体管串联布置于(a)所述光传感器及所述放大器的所述输入与(b)所述晶体管的所述源极之间；且
所述第二晶体管中的每一者具有耦合到对应偏置电位的栅极。
15.一种操作事件驱动像素的方法，所述方法包括：
利用光传感器响应于从外部场景接收入射光而光生光电流；
将所述光电流转换成第一电压；
产生差分信号，其中产生所述差分信号包含：
使用所述事件驱动像素的差分电路的电容式分压器且至少部分地基于在第一时间的所述第一电压对参考光等级进行取样，及
使用所述电容式分压器在所述差分电路的源极跟随器晶体管的栅极处产生第二电压，其中所述第二电压至少部分地基于(i)在第二时间的所述第一电压及(ii)所述参考光等级，其中所述差分信号至少部分地基于所述第二电压，且其中所述差分信号的量值指示所述事件驱动像素是否已检测到所述外部场景中的事件；及
响应于行选择信号的断言而将所述差分信号输出到列线上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中对所述参考光等级进行取样包含断言施加到所述差分电路的复位信号，使得所述源极跟随器晶体管的所述栅极处的电压被设定为参考电压。
17.根据权利要求16所述的方法，其中断言所述复位信号包含响应于施加到所述事件驱动像素的全局复位信号的断言而断言所述复位信号以使所述事件驱动像素初始化。
18.根据权利要求16所述的方法，其中断言所述复位信号包含响应于所述行选择信号的所述断言与施加到所述事件驱动像素的确认信号的断言的组合而断言所述复位信号，且其中所述确认信号的所述断言取决于所述差分信号的所述量值超过阈值。
19.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述电容式分压器包含电容器，所述电容器耦合于所述源极跟随器晶体管的所述栅极与所述事件驱动像素的变容二极管之间；且
对所述参考光等级进行取样包含至少部分地基于施加到所述变容二极管的取样与保持信号S&H的断言而使所述电容器的底部板极偏置到低参考电位。
20.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述电容式分压器包含电容器，所述电容器耦合于所述源极跟随器晶体管的栅极与所述事件驱动像素的变容二极管之间；且
产生所述第二电压包含至少部分地基于施加到所述变容二极管的取样与保持信号S&H的断言而使所述电容器的底部板极偏置到低参考电位。
21.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述电容式分压器包含电容器，所述电容器耦合于所述源极跟随器晶体管的栅极与所述事件驱动像素的变容二极管之间；且
输出所述差分信号包含至少部分地基于施加到所述变容二极管的升压信号的断言而放大所述第二电压，其中放大所述第二电压包含降低所述电容器的电容。
22.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
在所述差分信号的所述量值超过阈值时断言确认信号；及
响应于(a)所述行选择信号的所述断言与(b)所述确认信号的所述断言的重叠而使所述差分电路复位。
23.根据权利要求22所述的方法，其中使所述差分电路复位包含：
断言施加到所述差分电路的复位信号，使得所述源极跟随器晶体管的所述栅极处的电压被设定为参考电压；及
至少部分地基于所述复位信号的所述断言而对新的参考光等级进行取样。
24.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
将所述差分信号的所述量值与阈值进行比较；及
在(a)所述行选择信号被断言、(b)全局复位信号未断言且(c)所述差分信号的所述量值不超过所述阈值时，防止所述差分电路的复位。
25.根据权利要求15所述的方法，其中将所述光电流转换成所述第一电压包含使用所述事件驱动像素的光电流/电压转换器将所述光电流转换成所述第一电压，且其中所述方法进一步包括在光生所述光电流时选择性地停用所述光电流/电压转换器的放大器。
26.一种成像系统，其包括：
事件驱动像素，其包含：
光电检测器，其经配置以响应于从外部场景接收的入射光而产生光电流，光电流/电压转换器，其耦合到所述光电检测器以将所述光电流转换成电压，及
差分电路，其耦合到所述光电流/电压转换器且经配置以至少部分地基于所述电压产生差分信号，其中所述差分电路包含：
电容式分压器，其具有：(a)第一电容器，其耦合到所述光电流/电压转换器的输出，及(b)第二电容器，其与所述光电流/电压转换器的所述输出相对地耦合到所述第一电容器；
源极跟随器晶体管，其具有耦合到位于所述第一电容器与所述第二电容器之间的节点的栅极；
复位晶体管，其耦合于参考电压与所述节点之间，且具有经配置以接收复位信号的栅极；及
行选择晶体管，其耦合于所述源极跟随器晶体管与列线之间，且经配置以响应于行选择信号的断言而将所述差分信号输出到所述列线上；
阈值比较电路，其经由所述列线耦合到所述差分电路，其中所述阈值比较电路经配置以将所述差分信号与一或多个阈值进行比较；及
控制电路，其耦合到所述阈值比较电路并耦合到所述事件驱动像素，其中所述控制电路经配置以在所述差分信号超过所述一或多个阈值中的阈值时，(i)登记所述事件驱动像素已检测到所述外部场景中的事件，且(ii)起始所述差分电路的复位，使得所述节点被设定为所述参考电压。
27.根据权利要求26所述的成像系统，其中所述阈值比较电路包含：
第一比较器，其具有耦合到所述列线的输入且经配置以将所述差分信号与所述一或多个阈值中的第一阈值进行比较；及
第二比较器，其具有耦合到所述列线的输入且经配置以将所述差分信号与所述一或多个阈值中的第二阈值进行比较。
28.根据权利要求26所述的成像系统，其中所述事件驱动像素进一步包含与所述第一电容器相对地耦合到所述第二电容器的变容二极管。
29.根据权利要求28所述的成像系统，其中所述变容二极管包含：
第一晶体管，其耦合于所述第二电容器与第二参考电压之间，且具有经配置以接收取样与保持信号的栅极；及
第二晶体管，其耦合于所述第二电容器与第三参考电压之间，且具有经配置以接收升压信号的栅极。
30.根据权利要求26所述的成像系统，其中：
所述事件驱动像素进一步包含复位控制电路，所述复位控制电路具有经配置以从所述控制电路接收全局复位信号的第一输入、经配置以接收所述行选择信号的第二输入、经配置以接收确认信号的第三输入，及耦合到所述复位晶体管的所述栅极的输出；
所述控制电路经配置以在所述差分信号超过所述阈值时断言所述确认信号以便起始所述差分电路的所述复位；且
所述复位控制电路经配置以响应于以下各项而断言所述复位信号：
所述全局复位信号的断言，
在所述行选择信号被断言的同时所述确认信号的断言，或
其组合。
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