パルス周波数変調法を用いたビジョンチップの研究

脉冲频率调制方式视觉芯片的研究

• 批准号: 12044210
• 负责人: 太田 淳
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12044210/
• 关键词: ビジョンチップ; CMOSイメージセンサ; パルス周波数変調; 低電圧化; アナログデジタル融合

ビジョンチップは画素内に受光素子と信号処理回路を集積化することで,生体視覚情報処理系の有する柔軟かつ高速な画像処理を実現しようとするものである。近年のLSIの微細化・高集積化の流れは,処理機能を画素内に集積化しているビジョンチップにとって有利である一方,微細化にともなう電源電圧の低電圧化は光強度信号のセンシングの観点からSN比の劣化につながり不利な条件となると予想される。また受光素子であるフォトダイオードは微細化によりサイズが縮小していくと信号量が減少しSN比の劣化を生じる。従って,高集積化が必要とされるビジョンチップにとってLSI微細化のトレンドを有効に活用するためには,電源の低電圧化とフォトダイオードサイズ微細化に対応できる受光方式が重要となってくる。ビジョンチップはその信号処理形態の観点から,アナログ方式とデジタル方式に大別される。一方生体神経系ではパルス頻度信号(パルス周波数変調;Pulse Frequency Modulation,PFM)により情報が表現されており,このパルス信号により一種のアナログ・デジタル融合が実現されており,信号伝達におけるノイズ耐性を高めていると同時に,パルス間のシンクロナイゼーション機能により高次の処理を可能としている。このようなPFMをビジョンチップに導入することで,従来にない柔軟で知的な処理機能を高いノイズ耐性の下で実現が可能になると期待される。本研究ではアナログ・デジタル融合方式であるパルス周波数変調方式を光信号検出手段として用いたビジョンチップ画素回路特性について報告する。CMOS0.35μmルールにより1μm角開口を有する2μm角サイズのフォトダイオードとパルス周波数変調回路を集積化した画素回路を試作した。本試作回路を評価した結果,電源電圧0.6Vの低電圧動作でダイナミックレンジ50dB以上の特性を確認した。

视觉芯片旨在通过整合光接收元件和像素内的信号处理电路来实现生物视图处理系统的灵活和高速图像处理。虽然最近的小型化和LSI的高积分趋势对于在像素内整合处理功能的视觉芯片是有利的，但预计由于小型化而导致的电源电压的较低电压将导致S/N比从光学强度信号的接触角度降低S/N比，这是一种不利的条件。此外，由于光电探测器的光电二极管的尺寸由于微型化而减小，信号量降低，导致S/N比率恶化。因此，为了有效利用需要高积分的视觉芯片的LSI微型化趋势，可以容纳较低电压源的光接收方法，并将光电二极管尺寸的微型化很重要。视觉芯片可以大致根据信号处理模式大致分为模拟和数字方法。另一方面，在生物神经系统中，信息由脉冲频率信号（PFM）表示，并且该脉冲信号可实现一种模拟数字融合，从而增加了信号传输中的噪声阻力，同时还可以通过脉冲同步进行高阶处理。通过将这种PFM引入视觉芯片，可以预期在高噪声免疫力下可以实现前所未有的柔性和智能处理功能。在这项研究中，我们使用脉冲频率调制（一种模拟数字融合方法，作为光学信号检测手段）报告了视觉芯片像素电路的特征。根据CMOS0.35μm规则，使用具有1μm平方孔和脉冲频率调制电路的2μm平方光电二极管创建原型像素电路。由于评估了该原型电路，因此可以证实，动态范围超过50dB，电源电源电压为0.6V。

项目成果

J.Ohta,H.Sakata,T.Tokuda,and M.Nunoshita: "Low-voltage operation of a CMOS image sensor based on a pulse frequency modulation"Proc.SPIE. 4306(印刷中). (2000)

J. Ohta、H. Sakata、T. Tokuda 和 M. Nunoshita：“基于脉冲频率调制的 CMOS 图像传感器的低电压操作”Proc.SPIE 4306（印刷中）。

太田淳,阪田裕彦,平井隆夫,徳田崇,布下正宏: "パルス周波数変調方式ビジョンチップ低電圧駆動"電子情報通信学会技術報告. ICD2000-91. 51-56 (2000)

Jun Ota、Hirohiko Sakata、Takao Hirai、Takashi Tokuda、Masahiro Nunoshita：“脉冲频率调制视觉芯片低压驱动”IEICE 技术报告51-56（2000）。