异步通信芯片研究论文提纲

论文题目：仿生动态视觉传感器集成电路设计

摘要：图像传感器技术历经电子管时代和CCD图像传感器,发展到现在的CMOS图像传感器和动态视觉传感器。随着CMOS工艺技术的不断进步,CMOS图像传感器由于高分辨率、集成度高、速度快等优点成为了当今图像传感器领域的主流技术,但因为CMOS图像传感器具有数据量大、需要曝光等缺点,动态视觉传感器（Dynamic Vision Sensor,DVS）作为新一代的图像传感技术开始得到快速发展。本文模仿高等生物视网膜系统能够感知光强的变化,将光强的变化转化为能被大脑接收的脉冲信号,从而判断环境变化的特征,设计了一种仿生的动态视觉传感器芯片,具有场景变化实时动态响应、图像稀疏、响应速度快等优点,可广泛用于高速运动物体目标跟踪、工业自动化和机器人视觉等领域。本芯片由像素电路、线或电路、仲裁电路和编码电路组成。像素电路实现光信号到电信号的转换,线或电路、仲裁电路和编码电路通过地址-事件表示协议（Address Event Representation,AER）,实现异步通信。像素单元电路利用光电二极管将光信号转换成电信号,经由开关电容放大器将电信号放大,通过阈值比较器输出事件信号反映光强是变强还是变弱;事件信号通过逻辑电路产生请求信号;请求信号经过矩阵排列后通过线或电路向仲裁器发出请求;仲裁器仲裁后控制编码电路产生像素单元的编码信号,通过握手协议将像素编码信号传输到芯片外部。本芯片采用一种新颖的DVS像素单元,在I/V转换部分采用两个工作在亚阈值区的MOS管串联来增大对比灵敏度,在光电二极管反相端使用负反馈保证其反向电压相对稳定,且在逻辑部分设计ON/OFF事件判断电路来判断最终产生事件的属性;芯片采用了两输入平均仲裁单元搭建行、列仲裁器,保证了在多像素同时请求时每个像素单元的请求信号优先权排序保持相对平均,实现了比较公平的像素处理。本论文在对芯片系统设计和子模块设计的基础之上,基于XFAB 0.18um 1P6M CIS工艺模型,采用Cadence下的Spectre软件对本芯片的各个子模块电路和整体电路进行了仿真验证,基于32*24像素整体电路进行了版图设计、后仿真和测试板设计。最终仿真结果表明,本芯片的动态范围约为100d B,对比灵敏度约为40%,填充因子约为13%,电路的功能和指标均能达到设计要求。

关键词：图像传感器;分辨率;高等生物视网膜系统;像素单元;仲裁器;异步通信

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 图像传感器的发展

1.1.1 CCD图像传感器

1.1.2 CMOS图像传感器

1.1.3 动态视觉传感器

1.2 动态视觉传感器国内外发展现状

1.3 研究意义

1.4 论文的章节安排

第二章 PIN光电二极管建模及特性分析

2.1 光电二极管基本结构及等效模型

2.2 PIN光电二极管量子效率

2.3 输出电流线性度分析

2.4 带宽分析

2.5 噪声特性分析

2.6 本章小结

第三章 动态视觉传感器系统设计

3.1 系统原理

3.2 芯片的系统框图设计及子模块功能描述

3.3 动态视觉传感器性能指标设计

3.3.1 对比敏感度

3.3.2 动态范围

3.3.3 填充因子

3.4 FPGA上对DVS芯片功能进行验证

3.4.1 FPGA上的DVS芯片信号流图

3.4.2 FPGA中模拟的像素模块

3.4.3 FPGA中模拟的线或模块

3.4.4 FPGA中模拟的握手电路

3.4.5 FPGA中整体功能仿真

3.5 本章小结

第四章 芯片子模块设计与仿真

4.1 像素模块的设计

4.1.1 I/V转换电路

4.1.2 开关电容放大器电路设计

4.1.3 阈值比较器电路设计

4.1.4 逻辑控制电路设计

4.1.5 ON/OFF事件判断电路设计

4.1.6 像素电路仿真与验证

4.2 线或电路模块

4.2.1 线或电路设计

4.2.2 电压转换电路设计

4.2.3 线或电路仿真与验证

4.3 仲裁电路模块

4.3.1 仲裁电路设计

4.3.2 仲裁电路仿真与验证

4.4 编码电路模块

4.4.1 编码器的设计

4.4.2 编码电路仿真与验证

4.5 整体电路仿真

4.5.1 光强同时变化

4.5.2 模拟物体的横向移动

4.6 本章小结

第五章芯片版图、封装及测试板的设计

5.1 全定制版图设计

5.1.1 像素单元版图设计

5.1.2 线或单元版图设计

5.2 数字版图设计

5.2.1 逻辑综合

5.2.2 自动布局布线

5.2.3 整体版图设计及验证

5.3 封装

5.4 芯片测试板设计

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢