[发明专利]一种基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构

说明书

本发明属于图像传感技术与集成电路技术领域，具体涉及一种基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构。本发明的电路通过正负权值选择单元模块对光照时CMOS有源像素单元模块产生的感应电流进行分流处理，再通过求和以及求差运算电路模块对电流进行运算以及转换，最后通过电压采样电路模块对电压信号进行周期性采样。相比于传统的存内计算电路，该基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构利用CMOS有源像素结构实现传感，并结合正负权值选择管和6T SRAM作为存储以及运算放大器作为计算单元，将传感与存内计算融为一体，能够极大地提高电路对传感数据的运算速度，且集成度高、结构简单、功耗低。

技术领域

本发明属于图像传感技术与集成电路技术领域，具体涉及一种基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构。

背景技术

CMOS图像传感器的像素为有源像素传感器APS(Active Pixel Sensor)，每个像素单元中有一个光电二极管作为基本的光电转换元件，在每个像素中还包括源极跟随器MOSFET，以及用作开关和复位的MOSFET，通过对光电二极管施加光强，使其感光激发的载流子电荷信号转换成电压信号，并由模拟开关控制光电二极管的曝光操作和信号输出。但是要将传感单元与计算、存储单元结合起来会对整个系统的性能造成极大的影响。而且基于冯·诺依曼架构的传统计算系统中计算单元和存储单元物理分立,数据需要在两者之间频繁调动,造成系统功耗和速度的严重损耗。要从根本上解决该问题，需要从基础器件、电路、架构、系统等多个层面协同创新，发展存算一体的新型计算系统。

存算一体技术解决了处理器与存储器分离所导致的计算效率低,功耗高的缺点,突破了传统冯·诺依曼体系架构中的频繁数据调度造成的效率低下问题。存算一体主要分为两个方面，数字式存算一体技术和模拟式存算一体技术。数字式存算一体技术与传统计算方式类似,完成布尔逻辑功能,经过不同布尔逻辑的组合调用实现复杂的加法、乘法等计算。模拟式存算一体技术则利用欧姆定律和基尔霍夫电压定律,可以一步实现乘累加计算。目前研究的多数工作在模拟式存算一体技术方面,进展也较为迅速。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当前，虽然现有的存算一体技术发展已经较为成熟；但是，CMOS图像传感器芯片与运算单元、存储单元为相互独立的电路模块，这种冯诺依曼结构导致其运算速度低下，并产生较大功耗、且电路集成度低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构。

本发明采用的技术方案是：

一种基于像素内实现正负权值运算的感存算一体电路结构，其特征在于，包括多列结构相同的感存算一体电路模块，每一列感存算一体电路模块包括多个沿列线依次连接的感存电路单元和一个计算电路单元，每一个感存电路单元包括CMOS有源像素电路和正负权值选择电路，计算电路单元包括求和运算电路、求差运算电路和输出电压采样电路；

所述CMOS有源像素电路用于接收外部复位输入电压，并在复位信号和外部光照控制下进行光电转换，以及将转换后的电流信号输入正负权值选择电路；

所述正负权值选择电路，包括正权值选择开关和负权值选择开关，以及与正负权值选择开关对应的存储正负权值的存储器，在存储的正负权值控制下，同一时间打开正权值选择开关和负权值选择开关中的一个，使得CMOS有源像素电路输入的电流在权值选择开关的控制下通过正负权值选择电路；

所述求和运算电路，接收同一列中所有正负权值选择电路输出的电流，并分别对通过正权值选择开关和负权值选择开关的电流进行累加，再经过电流转电压电路后分别得到正权值电压和负权值电压；

所述求差运算电路用于对权值电压和负权值电压进行求差运算，得到输出电压；

所述输出电压采样电路用于对输出电压进行采样，得到整列的输出电压。