CN110806587B - 电子装置、驱动方法和存储介质 - Google Patents

电子装置、驱动方法和存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN110806587B
CN110806587B CN201910616232.2A CN201910616232A CN110806587B CN 110806587 B CN110806587 B CN 110806587B CN 201910616232 A CN201910616232 A CN 201910616232A CN 110806587 B CN110806587 B CN 110806587B
Authority
CN
China
Prior art keywords
trace
level
electronic device
active
scheme
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910616232.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110806587A (zh
Inventor
丁庆
阿尔珀·埃尔坎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN110806587A publication Critical patent/CN110806587A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110806587B publication Critical patent/CN110806587B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/7795—Circuitry for generating timing or clock signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

提供了电子装置、驱动方法和存储介质。该电子装置，包括被配置为根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素的电路。

Description

电子装置、驱动方法和存储介质
技术领域
本公开总体上涉及电子装置领域，尤其是成像装置和用于成像装置的方法。
背景技术
飞行时间相机是一种距离成像相机***，用于确定物体的距离，针对图像的每个点测量相机和物体之间的光信号的飞行时间(ToF)。飞行时间相机因此接收场景的深度图。通常，飞行时间相机具有用调制光照亮兴趣区域的照明单元以及收集从同一兴趣区域反射的光的像素阵列。当单独的像素从场景的某些部分收集光时，飞行时间相机可以包括用于成像的透镜，同时保持合理的光收集区域。
典型的ToF相机像素产生(develop)电荷，该电荷表示照明光和反向散射光之间的相关性。为了实现照明光和反向散射光之间的相关性，每个像素由来自一个或多个混合驱动器的公共调制输入控制。像素的调制输入与照明块调制同步。
混合驱动器的负载通常是电容的。功耗由众所周知的等式CV2f描述，其中，C是总负载电容，V是电源电压，F是混合驱动器的开关速度(或调制频率)。混合驱动器消耗大量功率，尤其是当负载电容较大或调制频率较高时。
通常，通过减小负载电容，尤其是通过减小光门/传输门电容来降低功耗。
发明内容
根据第一方面，本公开提供了一种电子装置，包括被配置为根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素的电路。
根据第二方面，本公开提供了一种方法，包括：根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素。
根据第三方面，本公开提供了一种飞行时间***，包括第一方面的电路、光源和图像传感器。
根据第四方面，本公开提供了一种包括指令的计算机程序，这些指令在处理器上执行时，根据多电平混合时钟方案控制飞行时间相机的单位像素的驱动器。
在从属权利要求、以下描述和附图中阐述了进一步方面。
附图说明
参考附图通过示例的方式解释实施例，其中：
图1示意性地示出了间接飞行时间(iToF)的基本操作原理；
图2示出了具有一列像素阵列的ToF相机的传统混合驱动器的电路；
图3示出了提供给图2的混合驱动器的输入的调制信号；
图4示出了具有有源两电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第一实施例；
图5示出了用于驱动图4的混合驱动器的六个开关的多电平时钟方案以及时域中的有效的调制信号波形；
图6示出了用于具有有源N电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第二实施例；
图7示出了用于驱动图6的混合驱动器的开关的多电平时钟方案；
图8示出了具有无源两电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第三实施例；以及
图9示出了用于控制图8的混合驱动器的开关和数字缓冲器的多电平时钟方案以及时域中的有效的调制信号时钟波形。
具体实施方式
在参考图3给出本公开的第一实施例的详细描述之前，进行一般性解释。
如开始所述，已知飞行时间(ToF)相机包括测量光在介质中传播一段距离所需时间、从而可以确定该距离的多种方法。在间接飞行时间(iToF)中，相机通过用基于反向散射光获得的信号采样相关波(例如，在用于驱动光源、像素阵列等的调制信号之间的相关波)，来计算照明光和反向散射光之间的相移，以获得深度测量。
下面描述的实施例提供了一种电子装置，包括被配置为根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素的电路。
电子装置可以例如是图像传感器，例如，直接飞行时间相机(ToF)的图像传感器。间接飞行时间相机可以通过测量发射光和反向散射光的相移来分辨距离。
电路可以包括任何电子元件、半导体元件、开关、放大器、晶体管、处理元件等。
该电路尤其可以是ToF单位像素的驱动器，其向一个或多个单位像素的信号输入提供调制信号。用多电平混合时钟信号驱动飞行时间相机的单位像素，可以例如包括使用多电平混合时钟信号作为单位像素的调制信号。调制信号可以是与单位像素中收集的信号相关的信号。
飞行时间相机可以是距离成像相机***，其通过针对图像的每个点测量相机和物体之间的光信号的飞行时间(ToF)来确定物体的距离。
ToF相机的单位像素通常包括一个或多个光敏元件(例如，光电二极管)。光敏元件将入射光转换成电流。连接到光电二极管的开关(例如，传输门)可以将电流引导到一个或多个存储元件(例如，电容器)，这些存储元件充当累积和/或存储电荷的累积元件。对于飞行时间相机，单位像素可以是锁定像素(lock-in pixels)，例如，FDGS型像素或光子混合器装置(PMD)。ToF传感器中的所有单位像素可以由基于多电平混合时钟信号的调制信号控制。
多电平混合时钟方案可用于生成驱动单位像素的一个或多个(有效)调制信号。这些(有效的)调制信号可以是包括多个电压电平的阶梯函数。
在一些实施例中，单位像素包括第一迹线和第二迹线，并且其中，多电平混合方案包括向单位像素的第一迹线提供有效的第一迹线调制信号，并且向单位像素的第二迹线提供有效的第二迹线调制信号。
例如，第一迹线和第二迹线可以包括单位像素的相应存储电容器，这些存储电容器由有效的调制信号充电和放电。
通常，有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号相移180°。
有效的调制信号可以具有例如10至100MHz范围内的频率。
在一些实施例中，多电平混合时钟方案是N电平混合时钟方案，其中，有效的调制信号具有N+1个电压电平，其中，N是大于1的整数。
有效的调制信号例如可以是在高状态VDD和低状态GND之间振荡的、具有N+1个电压电平的信号，其中，N是大于1的整数，其中，电压阶梯是从电压电平到另一电压电平的电压转换。
有效的调制信号可以是周期信号，其中，周期包括充电阶段和放电阶段，其中，每个阶段包括N个电压阶梯。
在一些实施例中，在N电平混合时钟方案中，有效的调制信号的N+1个电压电平定义了N个电压阶梯。
在一些实施例中，多电平混合时钟方案是两电平混合时钟方案，其中，有效的调制信号提供三个电压电平。
有效的调制信号例如可以是具有中间电压电平VDD/2的、在GND和VDD之间振荡的信号。在具有三个电压电平(GND、VDD/2、VDD)的这个实施例中，具有两个电压阶梯，即，GND到VDD/2和VDD/2到VDD。根据该实施例的三个电压电平的有效的调制信号可以是周期信号，其中，周期包括充电阶段和放电阶段，其中，每个阶段包括两个电压阶梯。
在一些实施例中，多电平混合方案是有源多电平混合方案。
有源多电平混合方案可以包括提供几个预定义的电压电平，并从这些预定义的电压电平生成有效的调制信号。
在一些实施例中，有源多电平混合方案包括从预定电压电平生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
在一些实施例中，电路包括根据多电平混合方案驱动的开关，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
在一些实施例中，电压电平由模拟缓冲器提供给单位像素。
模拟缓冲器可以将多电平混合方案的电压传递给单位像素。
在一些实施例中，多电平混合方案是无源多电平混合方案。
在一些实施例中，无源多电平混合方案包括在单位像素的第一迹线和第二迹线之间无源地重新分配电荷，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
例如，无源多电平混合方案可以包括在单位像素的第一迹线的一个或多个第一存储电容器和第二迹线的一个或多个第二存储电容器之间无源地重新分配电荷，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
在一些实施例中，电路包括开关，该开关被配置为将单位像素的第一迹线与单位像素的第二迹线连接，用于在单位像素的第一迹线和第二迹线之间无源地重新分配电荷。
例如，电路可以包括开关，该开关被配置为将单位像素的第一迹线的一个或多个第一电容器与单位像素的第二迹线的一个或多个第二电容器连接，用于在单位像素的第一迹线和第二迹线之间无源地重新分配电荷。
通过控制开关，电路可以控制和管理多电平混合信号和电压/电流(有效的调制信号)之间的定时，如单位像素所示。
在一些实施例中，电路包括用于驱动单位像素的第一迹线的第一数字缓冲器和用于驱动单位像素的第二迹线的第二数字缓冲器，并且其中，向第一缓冲器提供第一迹线调制信号，并且其中，向第二缓冲器提供第二迹线调制信号。
例如，第一迹线调制信号和第二迹线调制信号相移180°。虽然可以使用更复杂的设置，但是调制信号可以是频率范围为10至100MHz的方波。
在一些实施例中，根据多电平混合方案启用/禁用第一数字缓冲器和第二数字缓冲器，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
数字缓冲器可以是三态缓冲器，即，包括输入、输出和控制输入的输入控制开关。可以通过外部启用/禁用控制输入以电子方式“接通”或“断开”输出。该控制信号输入可以是逻辑“0”或逻辑“1”。
实施例还公开了一种飞行时间***，包括根据实施例的电路、光源和图像传感器。
实施例还公开了一种方法，包括根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素。
实施例还公开了一种包括指令的计算机程序，这些指令在处理器上执行时，根据多电平混合时钟方案控制飞行时间相机的单位像素的驱动器。
图1示意性地示出了间接飞行时间(iToF)相机的基本工作原理。iToF相机包括照明单元(激光器)2、透镜3和iToF传感器6。iToF传感器6包括时间分辨像素7阵列。时间分辨像素7包括两个浮动扩散区FA、FB、两个混合时钟导引器GA、GB和光电二极管8。混合时钟导引器GA、GB由照明单元(激光器)2中具有调制时钟的同步时钟控制。光电二极管8基于入射光子生成电子。所生成的电子被引导到浮动扩散FA或浮动扩散FB，因为互补时钟施加到两个混合时钟导引器GA和GB。
使用专用照明单元2用预定波长的调制光4有源照明物体1，例如，用时间发生器(图1中未示出)生成的至少一个预定频率的一些光脉冲照明。调制光4从物体1返回。透镜3收集返回光5，并在相机的iToF传感器6上形成物体的图像。根据物体离相机的距离Z，在发射调制光4(例如，所谓的光脉冲)和相机接收那些返回的光脉冲5之间经历延迟。
间接飞行时间(iToF)相机通过采样相关波来计算调制光4和返回光5之间的延迟，以获得深度测量，例如，时间发生器生成的解调信号和存储在时间分辨像素7中的反射光5之间的延迟。
作为示例，图2示出了具有一列像素阵列的ToF相机的传统混合驱动器的电路。混合驱动器具有两个输入I1、I2、两个缓冲器BA、BB和几个单位像素UP1、…、UPN。每个单位像素具有存储电容C1、C2、C3、C4和集成电容C5、C6。存储电容C1、C2、C3、C4和集成电容C5、C6一起构成周期性充电和放电的负载电容。电阻器R1、R2分别置于存储电容C1、C2和C3、C4之间。调制信号GDA、GDB提供给输入I1和输入I2。所提供的调制信号GDA、GDB通过缓冲器BA、BB传送到单位像素UP1、…、UPN。缓冲器BA的输入连接到第一输入I1，缓冲器BA的输出连接到单位像素UP1的上迹线。缓冲器BB的输入连接到第二输入I2，缓冲器BB的输出连接到单位像素UP1的下迹线。缓冲器BA、BB用于将输入I1、I2与输出隔离。
图3示出了提供给图2的混合驱动器的输入I1、I2的调制信号GDA、GDB。调制信号GDB的电压周期性地从地GND变为VDD，并且两个调制信号GDA、GDB的相移为180°。用于调制信号的频率可以在10-100MHz的范围内。
在负载电容的充电和放电期间，可以使用以下等式来计算图2的混合驱动器的总平均功耗：
P＝Ctotal×VDD 2×f
其中，Ctotal是总负载电容，VDD是电源电压，f是混合驱动器的开关速度(或调制频率)。
有源多电平混合
作为示例，图4示出了具有有源两电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第一实施例。混合驱动器有四个输入I1、I2、I3、I4、四个模拟缓冲器BA1、BA2、BB1、BB2、两个地GND1、GND2、六个开关SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3和N个单位像素UP1、…、UPN。单位像素UP1、…、UPN具有如图2所示的相同结构。
第一输入I1提供输入电压VDD，第二输入I2提供输入电压VDD/2，第三输入I3提供输入电压VDD，第四输入I4提供输入电压VDD/2。
混合驱动器具有上迹线和下迹线。上迹线包括第一输入I1、第二输入I2和第一接地GND1，其通过模拟缓冲器BA1、BA2连接到几个单位像素UP1、…、UPN。此外，第一输入I1、第二输入I2和第一接地GND1分别与开关SA1、开关SA2和开关SA3连接。
下迹线具有与上迹线相似的配置，其中，下迹线包括第三输入I3、第四输入I4和第二接地GND2，其通过模拟缓冲器BB1、BB2连接到几个单位像素UP1、…、UPN。此外，第三输入I3、第四输入I4和第二接地GND2分别与开关SB1、开关SB2和开关SB3连接。
通过接通/断开开关SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3，相应输入的相应电压分别施加到单位像素UP1、…、UPN的上迹线和下迹线。
作为示例，图5示出了在由该多电平时钟方案产生的时域中的用于驱动六个开关SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3的多电平时钟方案以及像素上的上迹线的有效的调制信号波形Effective_GDA和像素上的下迹线的有效的调制信号波形Effective_GDA。
在第一阶段T1，开关SA1和开关SB3接通，开关SA2、SA3、SB1、SB2断开。因此，上迹线的有效的调制信号Effective_GDA是VDD，并且下迹线的有效的调制信号Effective_GDB是GND。因此，幅度为VDD的电压通过上迹线施加到像素阵列，而GND通过下迹线施加到像素阵列。在第二阶段T2，开关SA2和开关SB2接通，开关SA1、SA3、SB1、SB3断开。因此，上迹线的有效的调制信号Effective_GDA是VDD/2，并且下迹线的有效的调制信号Effective_GDB是VDD/2。在第三阶段T3，开关SA3和开关SB1接通，开关SA1、SA2、SB2、SB3断开。因此，上迹线的有效的调制信号Effective_GDA为GND，下迹线的有效的调制信号Effective_GDB为VDD。在第四阶段T4，开关SA2和开关SB2接通，开关SA1、SA3、SB1、SB3断开。因此，上迹线的有效的调制信号Effective_GDA是VDD/2，并且下迹线的有效的调制信号Effective_GDB是VDD/2。
重复阶段T1至T4，使得上迹线/下迹线结果的最终有效的调制信号是二阶函数，如图5所示。
以上迹线为例，当充电时，迹线不是直接从GND充电到VDD，而是首先从GND充电到VDD/2，然后从VDD/2充电到VDD。
在从第三阶段T3到第四阶段T4(充电阶段)的步骤中，即，从GND到VDD/2(有效上迹线调制信号)的步骤中，功耗为
P1＝0.5×VDD×CL×0.5×VDD×f＝0.25×Ctotal×VDD 2×f
在从第四阶段T4到第一阶段T1(充电阶段)的步骤中，即，从VDD/2到VDD的步骤中，功耗为
P2＝VDD×CL×0.5×VDD×f＝0.5×CL×VDD 2×f
因此，总平均功耗为
Ptotal＝P1+P2＝0.75×CL×VDD 2×f
与图2所示的传统方法的总平均功耗相比，第一实施例节省的总平均功耗为：
Psave＝0.25×Ctotal×VDD 2×f
与传统方法相比，节省了25％的功率。
作为一个示例，图6示出了用于具有有源N电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第二实施例。混合驱动器具有2N个输入AI1、…、AIN和BI1、…、BIN、2N个模拟缓冲器BA1、…、BAN和BB1、…、BBN、两个接地GND1、GND2、2(N+1)个开关SA1、…、SAN+1和SB1、…、SBN+1和几个单位像素UP1、…、UPN。
混合驱动器2具有上迹线和下迹线。上迹线包括通过模拟缓冲器BA1、…、BAN连接到几个单位像素UP1、…、UPN的N个输入AI1、…、AIN和第一接地GND1。此外，N个输入AI1、…、AIN和第一接地GND1与N+1个开关SA1、…、SAN+1连接。通过接通/断开相应输入AI1、…、AIN的开关SA1、…、SAN+1，输入AI1、…、AIN的相应电压施加到单位像素UP1、…、UPN。上迹线的第一输入电压AI1的幅度为VDD，上迹线的第二输入电压AI2的幅度为VDD/2，…，上迹线的N-1输入电压AIN-1的幅度为VDD×(N-1)/N，上迹线的N输入电压AIN的幅度为VDD×1/N。
下迹线具有与上迹线相似的配置，其中，下迹线包括通过模拟缓冲器BB1、…、BBN连接到几个单位像素UP1、…、UPN的N个输入BI1、…、BIN和第二接地GND2。此外，N个输入BI1、…、BIN和第二接地GND1与N+1个开关SB1、…、SBN+1连接。通过接通/断开相应输入BI1、…、BIN的开关SB1、…、SBN+1，输入BI1、…、BIN的相应电压施加到单位像素UP1、…、UPN。下迹线的第一输入电压BI1的幅度为VDD，下迹线的第二输入电压BI2的幅度为VDD/2，…，下迹线的N-1输入电压BIN-1的幅度为VDD×(N-1)/N，下迹线的N输入电压BIN的幅度为VDD×1/N。
作为一个示例，图7示出了用于驱动图6的2(N+1)开关SA1、…、SAN+1和SB1、…、SBN+1的多电平时钟方案。在图7中未示出在时域中的像素上迹线的有效的调制信号波形Effective_GDA和像素下迹线的有效的调制信号波形Effective_GDB，然而，有效的调制信号波形Effective_GDA、Effective_GDB具有与图5中相似的形状。
在第一阶段T1，开关SA1和开关SBN+1接通，其余开关断开。因此，上迹线的有效的调制信号是VDD，下迹线的有效的调制信号是GND。在第二阶段T2，开关SA2和开关SBN接通，其余开关断开。因此，上迹线的有效的调制信号是VDD×(N-1)/N，下迹线的有效的调制信号是VDD×1/N。重复这种方案，直到在阶段TN，开关SAN和开关SB2接通，其余开关断开。因此，上迹线的有效的调制信号是VDD×1/N，下迹线的有效的调制信号是VDD×(N-1)/N。在最后阶段TN+1，开关SAN+1和SB1接通，其余开关断开。因此，上迹线的有效的调制信号是GND，而下迹线的有效的调制信号是VDD。
重复阶段T1至TN+1，使得上迹线/下迹线结果的最终有效的调制信号是N阶函数(图7中未示出)，其中，上迹线和下迹线具有180°相位差。
利用与图3和4中类似的计算，具有有源N电平混合时钟方案的混合驱动器的总平均功耗为
Psave＝(N-1)/2N×Ctotal×VDD 2×f
即，与图2所示的传统方法的总平均功耗相比，节省了(N-1)/2N％的功率。
无源多电平混合
作为示例，图8示出了具有无源两电平混合时钟方案的ToF相机的混合驱动器的电路的第三实施例。混合驱动器具有两个输入I1、I2，两个数字缓冲器DBA、DBB、一个开关S0和几个单位像素UP1、…、UPN。
数字缓冲器DBA、DBB包括输入、输出和控制输入。数字缓冲器DBA、DBB由控制输入接通或断开。当数字缓冲器DBA、DBB接通(启用)时，输入信号传送到输出，而当数字缓冲器DBA、DBB断开(禁用)时，输入信号不传送到输出。
混合驱动器具有上迹线和下迹线。上迹线包括第一输入I1，第一调制信号GDA提供给该第一输入。第一输入I1通过第一数字缓冲器DBA连接到几个单位像素UP1、…、UPN。
下迹线具有与上迹线相似的配置，其中，下迹线包括第二输入I2，第二调制信号GDB提供给第二输入I2。第二输入I2通过第二无源缓冲器DBB连接到几个单位像素UP1、…、UPN。
开关S0位于几个单位像素UP1、…、UPN前面，并且连接上迹线和下迹线。
每个单位像素具有存储电容C1、C2、C3、C4和集成电容C5、C6。存储电容C1、C2、C3、C4和集成电容C5、C6建立负载电容，该负载电容周期性地从地充电和放电，以提供由无源缓冲器DBA、DBB引入的电源VDD。电阻器R1、R2分别置于存储电容C1、C2和C3、C4之间。
图9示出了用于控制图8的混合驱动器的开关和数字缓冲器的多电平时钟方案，以及时域中的有效的调制信号时钟波形。具体地，作为一个示例，图9示出了由多电平时钟方案产生的时域中的多电平时钟方案，具有调制信号GDA、GDB、开关S0的控制信号、数字缓冲器DBA、DBB的启用信号以及提供给像素的上迹线的有效的调制信号Effective_GDA和提供给像素的下迹线的有效的调制信号Effective_GDB。
在混合驱动器的输入处的调制信号GDA、GDB周期性地从地变为VDD，并且两个调制信号GDA、GDB相对于彼此具有180°的相移。
在第一阶段T1，第一调制信号GDA和第二调制信号GDB在GND。此外，开关S0接通，数字缓冲器DBA、DBB禁用。当开关S0接通时，数字缓冲器DBA、DBB禁用，以在缓冲器DBA、DBB的输出处产生高阻抗，因此已被充电至VDD的下迹线上的电荷无源地重新分配到已被放电至GND的上迹线。因为这两条迹线上的单位像素数量非常大，所以这两条迹线的总容量Ctotal是相同的，因此，一半的充电电压无源地传输到低压侧，而不消耗功率。因此，幅度为VDD/2的电压建立在像素阵列的上迹线，而幅度为GND的电压建立在像素阵列的下迹线。在第二阶段T2中，第一调制信号GDA被驱动为高(VDD)，第二调制信号GDB保持在GND。此外，开关S0断开，数字缓冲器DBA、DBB启用。因此，幅度为VDD的电压建立在像素阵列的上迹线，而幅度为GND的电压建立在像素阵列的下迹线。在第三阶段T3，第一调制信号GDA和第二调制信号GDB在GND。此外，开关S0接通，数字缓冲器DBA、DBB禁用。由上迹线充电的电压无源地重新分配到下迹线。因此，幅度为VDD/2的电压建立在像素阵列的上迹线，幅度为VDD/2的电压建立在像素阵列的下迹线。在第四阶段T4中，第一调制信号GDA保持在GND，第二调制信号GDB被驱动为高(VDD)。此外，开关S0断开，数字缓冲器DBA、DBB启用。因此，幅度为GND的电压建立在像素阵列的上迹线，而幅度为VDD的电压建立在像素阵列的下迹线。
重复步骤T1至T4，使得上迹线/下迹线结果的最终有效的调制信号是二阶函数，如图9所示。
如图9所示，在像素单元的上迹线上建立的有效的调制信号Effective_GDA和在像素单元的下迹线上建立的有效的调制信号Effective_GDA具有从GND到VDD(GND到VDD/2，VDD/2到VDD)的两个阶梯，并且上迹线和下迹线相对于彼此具有180°相位差。
在从第四阶段T4到第一阶段T1(第一无源充电阶段)的步骤中，即，从GND到VDD/2(有效上迹线调制信号)的步骤中，该步骤的功耗为
P1＝0。
在从第一阶段T1到第二阶段T2(第二无源充电阶段)的步骤中，即，从VDD/2到VDD的步骤中，该步骤的功耗为
P2＝VDD×CL×0.5VDD×f＝0.5×Ctotal×VDD 2×f
因此，总平均功耗为
Ptotal＝P1+P2＝0.5×Ctotal×VDD 2×f
与图2所示的传统方法的总平均功耗相比，第三实施例节省的总平均功耗为：
Psave＝0.5×Ctotal×VDD 2×f
与传统方法相比，节省了50％的功率。
上面描述的图7和8给出了无源两电平混合时钟方案。然而，本公开不限于无源两电平混合时钟方案，但是利用相同的原理，也可以提供具有多于两个电平的多电平混合时钟方案。
***
如果没有另外说明，本说明书中描述的和所附权利要求中要求保护的所有单元和实体可以作为集成电路逻辑例如在芯片上实现，并且如果没有另外说明，由这些单元和实体提供的功能可以通过软件实现。
只要至少部分地使用软件控制的数据处理设备来实现上述公开的实施例，将会理解的是，提供这种软件控制的计算机程序和提供这种计算机程序的传输、存储或其他介质被设想为本公开的各方面。
注意，也可以如下所述配置本技术。
(1)一种电子装置，包括被配置为根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素(UP1、…、UPN)的电路。
(2)根据(1)所述的电子装置，其中，所述单位像素(UP1)包括第一迹线(C1、C2)和第二迹线(C3、C4)，并且其中，所述多电平混合方案包括向所述单位像素(UP1)的第一迹线(C1、C2)提供有效的第一迹线调制信号(Effective_GDA)，并且向所述单位像素(UP1)的第二迹线(C3、C4)提供有效的第二迹线调制信号(Effective_GDB)。
(3)根据(1)所述的电子装置，其中，所述多电平混合时钟方案是N电平混合时钟方案，其中，所述有效的调制信号(Effective_GDA、Effective_GDB)具有N+1个电压电平，其中，N是大于1的整数。
(4)根据(3)所述的电子装置，其中，在所述N电平混合时钟方案中，所述有效的调制信号(Effective_GDA、Effective_GDB)的N+1个电压电平定义了N个电压阶梯。
(5)根据(2)至(4)中任一项所述的电子装置，其中，所述多电平混合时钟方案是两电平混合时钟方案，其中，所述有效的调制信号(Effective_GDA、Effective_GDB)提供三个电压电平(GND、VDD/2、VDD)。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的电子装置，其中，所述多电平混合方案是有源多电平混合方案。
(7)根据(6)所述的电子装置，其中，所述有源多电平混合方案包括从预定电压电平(VDD、VDD×(N-1)/N、…、VDD×1/N、GND)生成有效的第一迹线调制信号(Effective_GDA)和有效的第二迹线调制信号(Effective_GDB)。
(8)根据(6)或(7)所述的电子装置，其中，所述电路包括根据多电平混合方案驱动的开关(SA1、…、SAN+1、SB1、…、SBN+1)，以生成有效的第一迹线调制信号(Effective_GDA)和有效的第二迹线调制信号(Effective_GDB)。
(9)根据(6)至(8)中任一项所述的电子装置，其中，所述电压电平(VDD、VDD×(N-1)/N、…、VDD×1/N、GND)由模拟缓冲器(BA1、BA1、BB1、BB2；BA1、…、BAN、BB1、…、BBN)提供给单位像素(UP1、…UPN)。
(10)根据(1)至(5)中任一项所述的电子装置，其中，所述多电平混合方案是无源多电平混合方案。
(11)根据(10)所述的电子装置，其中，所述无源多电平混合方案包括在所述单位像素(UP1、…UPN)的第一迹线(C1、C2)和第二迹线(C3、C4)之间无源地重新分配电荷，以生成所述有效的第一迹线调制信号(Effective_GDA)和所述有效的第二迹线调制信号(Effective_GDB)。
(12)根据(10)或(11)所述的电子装置，其中，所述电路包括开关(S0)，所述开关被配置为将所述单位像素(UP1)的第一迹线(C1、C2)与所述单位像素的第二迹线(C3、C4)连接，用于在所述单位像素(UP1)的第一迹线(C1、C2)和第二迹线(C3、C4)之间无源地重新分配电荷。
(13)根据(10)至(12)中任一项所述的电子装置，其中，所述电路包括用于驱动所述单位像素(UP1、…UPN)的第一迹线的第一数字缓冲器(DBA)和用于驱动所述单位像素(UP1、…UPN)的第二迹线的第二数字缓冲器(DBB)，并且其中，向所述第一缓冲器(DBA)提供第一迹线调制信号(GDA)，并且其中，向所述第二缓冲器(DBB)提供第二迹线调制信号(GDB)。
(14)根据(13)所述的电子装置，其中，根据所述多电平混合方案启用/禁用所述第一数字缓冲器(DBA)和所述第二数字缓冲器(DBB)，以生成有效的第一迹线调制信号(Effective_GDA)和有效的第二迹线调制信号(Effective_GDB)。
(15)一种飞行时间***，包括根据权利要求1所述的电路、光源(2)和图像传感器(6)。
(16)一种方法，包括根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素(UP1、…UPN)。
(17)一种包括指令的计算机程序，所述指令在处理器上执行时，根据多电平混合时钟方案控制飞行时间相机的单位像素(UP1、…UPN)的驱动器。
(18)一种在其中存储计算机程序产品的非暂时性计算机可读记录介质，当由处理器执行时，所述计算机程序产品促使执行根据(15)所述的方法。

Claims (15)

1.一种电子装置，包括电路，所述电路被配置为根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素，
其中，所述多电平混合时钟方案是N电平混合时钟方案，其中，有效的调制信号具有N+1个电压电平，其中，N是大于1的整数；
其中，在所述N电平混合时钟方案中，所述有效的调制信号的N+1个电压电平定义了N个电压阶梯；
其中，当充电时所述有效的调制信号从GND按照所述N个电压阶梯逐步充电到VDD。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述单位像素包括第一迹线和第二迹线，并且其中，所述多电平混合方案包括向所述单位像素的第一迹线提供有效的第一迹线调制信号，并且向所述单位像素的第二迹线提供有效的第二迹线调制信号。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述多电平混合时钟方案是两电平混合时钟方案，其中，所述有效的调制信号提供三个电压电平。
4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述多电平混合方案是有源多电平混合方案。
5.根据权利要求4所述的电子装置，其中，所述有源多电平混合方案包括从预定电压电平生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
6.根据权利要求4所述的电子装置，其中，所述电路包括根据多电平混合方案驱动的开关，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电压电平由模拟缓冲器提供给所述单位像素。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述多电平混合方案是无源多电平混合方案。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述无源多电平混合方案包括在所述单位像素的第一迹线和第二迹线之间无源地重新分配电荷，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
10.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述电路包括开关，所述开关被配置为将所述单位像素的第一迹线与所述单位像素的第二迹线连接，以在所述单位像素的第一迹线和第二迹线之间无源地重新分配电荷。
11.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述电路包括用于驱动所述单位像素的第一迹线的第一数字缓冲器和用于驱动所述单位像素的第二迹线的第二数字缓冲器，并且其中，向所述第一数字缓冲器提供第一迹线调制信号，并且其中，向所述第二数字缓冲器提供第二迹线调制信号。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，根据所述多电平混合方案启用和/或禁用所述第一数字缓冲器和所述第二数字缓冲器，以生成有效的第一迹线调制信号和有效的第二迹线调制信号。
13.一种飞行时间***，包括根据权利要求1所述的电路、光源(2)和图像传感器(6)。
14.一种驱动方法，包括根据权利要求1所述的根据多电平混合时钟方案驱动飞行时间相机的单位像素。
15.一种存储介质，其上存储有包括指令的计算机程序，所述指令在处理器上执行时，根据权利要求1所述的根据多电平混合时钟方案控制飞行时间相机的单位像素的驱动器。
CN201910616232.2A 2018-07-11 2019-07-09 电子装置、驱动方法和存储介质 Active CN110806587B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18182863.3 2018-07-11
EP18182863 2018-07-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110806587A CN110806587A (zh) 2020-02-18
CN110806587B true CN110806587B (zh) 2023-09-12

Family

ID=62916521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910616232.2A Active CN110806587B (zh) 2018-07-11 2019-07-09 电子装置、驱动方法和存储介质

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11681026B2 (zh)
CN (1) CN110806587B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10418407B2 (en) 2015-11-06 2019-09-17 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus III
US11682107B2 (en) * 2018-12-14 2023-06-20 Sony Corporation Depth of field adjustment in images based on time of flight depth maps
EP3754369A1 (en) * 2019-06-19 2020-12-23 Artilux Inc. Photo-detecting apparatus with current-reuse
WO2022171725A1 (en) * 2021-02-15 2022-08-18 Sony Semiconductor Solutions Corporation Electronic device, method and computer program

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107613877A (zh) * 2015-04-01 2018-01-19 微拉声学公司 用于通过脉冲响应估计和回溯采集进行编码激励成像的方法和***

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3667214B2 (ja) * 2000-08-25 2005-07-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法
KR100637060B1 (ko) * 2003-07-08 2006-10-20 엘지.필립스 엘시디 주식회사 아날로그 버퍼 및 그 구동 방법과, 그를 이용한 액정 표시장치 및 그 구동 방법
TW200823853A (en) * 2006-11-24 2008-06-01 Novatek Microelectronics Corp Source driving apparatus
WO2011127274A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 Mesa Imaging Ag Multi-level digital modulation for time of flight method and system
JP5635938B2 (ja) * 2011-03-31 2014-12-03 本田技研工業株式会社 固体撮像装置
WO2012149422A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 Conroy Richard Michael Resonant modulation for low power range imaging cameras
US9000837B1 (en) * 2013-11-05 2015-04-07 International Business Machines Corporation Adjustable reference voltage generator for single-ended DRAM sensing devices
EP3709362B1 (en) * 2015-08-04 2021-07-14 Artilux Inc. Germanium-silicon light sensing method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107613877A (zh) * 2015-04-01 2018-01-19 微拉声学公司 用于通过脉冲响应估计和回溯采集进行编码激励成像的方法和***

Also Published As

Publication number Publication date
US11681026B2 (en) 2023-06-20
US20200018833A1 (en) 2020-01-16
CN110806587A (zh) 2020-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110806587B (zh) 电子装置、驱动方法和存储介质
US9060139B2 (en) Solid-state imaging apparatus and method for driving the same
US9948876B2 (en) Charge conservation in pixels
US4011402A (en) Scanning circuit to deliver train of pulses shifted by a constant delay one after another
EP0395387B1 (en) Display drive circuit
CN104205641A (zh) 用于时钟转换器电路的***
US7123231B2 (en) Driving circuit for liquid crystal display
US20070262801A1 (en) Pulse width modulation circuit and method therefor
US6586981B2 (en) Dynamic flip flop
US20240134014A1 (en) Electronic device, method and computer program
US20070170258A1 (en) Document reading device and document reading method
JP2009077172A (ja) アナログデジタル変換器及び撮像装置
JP4785191B2 (ja) 固体撮像装置
US20230188870A1 (en) Electronic device, method and computer program
JP2010068231A (ja) アナログ信号処理回路
US10756710B2 (en) Integrated ring oscillator clock generator
KR102144042B1 (ko) 센서 화소 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP3376140B2 (ja) 固体撮像装置の駆動電圧パルス発生装置
JPH0375960B2 (zh)
SU1319249A1 (ru) Дискретно-аналогова лини задержки на приборах с переносом зар да
TW201415760A (zh) 充電系統
KR20000062172A (ko) 반도체 디바이스
JP4667947B2 (ja) Ａｄ変換装置
US8817155B2 (en) Driving device for solid-state image pickup device capable of selecting parallel number of FETs
JP2009089049A (ja) 半導体装置、固体撮像素子、およびカメラシステム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant