[發明專利]一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構

有效

• 申請號: 202011528529.2
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112700810B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 胡紹剛;張宗鎰;周桐;于奇;劉洋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G11C16/10
• 分類號: G11C16/10;G11C16/14;G11C16/34;G06T1/60;H04N25/76
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于圖像傳感技術與集成電路技術領域，具體涉及一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構。本發明主要包括CMOS有源像素單元模塊、憶阻器存儲模塊、編寫/擦除電路模塊、求和運算電路模塊、行驅動和列驅動電路模塊。所述一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構用于實現在單片上集成傳感電路與存算一體電路，并對傳感電路采集的數據進行處理和運算，該方案可用于圖像識別、圖像處理等領域。相比于傳統的存內計算電路，該融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構利用CMOS有源像素結構實現傳感，并融合憶阻器作為存儲與計算的單元，將傳感與存內計算融為一體，能夠極大地提高電路對傳感數據的運算速度，且集成度高、結構簡單、功耗低。

技術領域

本發明屬于圖像傳感技術與集成電路技術領域，具體涉及一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構。

背景技術

在當今的圖像技術領域中，先進的CMOS技術已經毫無疑問地成為數字圖像信息采集的主流技術，其不僅具有優秀的性能——靈敏度、光譜、分辨率和動態范圍等，更重要的是CMOS圖像傳感器能與各種相關的模擬-數字電路集成在單顆芯片上。因此可以直接利用CMOS工藝集成先進的圖像傳感器與一系列數字、模擬電路，從而實現高采樣率、高質量的成像效果，并結合CMOS超大規模集成電路設計自動化工具和模型，快速和低成本地不斷設計出新產品。大多數CMOS圖像傳感器集成電路芯片，都是一個單硅片系統(System?on?aChip，SoC)，而且是模擬-數字混合設計和工藝的范例。CMOS圖像傳感器的像素為有源像素傳感器APS，每個像素中有一個光電二極管作為基本的光電轉換元件，在每個像素中還包括由若干個MOS晶體管有源器件組成的電路，把光子在光電二極管PN結上激發的載流子電荷信號轉換成電壓信號，并由模擬開關控制光電二極管的曝光操作和信號輸出。CMOS圖像傳感器的設計，牽涉許多類型的電子電路，從低噪聲的、寬帶的到高速的，從模擬的、數字的到傳感器的，都涉及很寬的電子電路知識領域。從系統設計、電路設計到CMOS半導體工藝，都需要設計團隊、晶元廠商密切合作和設計工具軟件的支持。

傳統的圖像傳感器的傳感模塊和存內計算模塊分離，存在運算速度慢、功耗大以及面積大等問題。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構。

本發明采用的技術方案是：

一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結構，其特征在于，包括由多個感存算電路單元構成的矩陣電路、憶阻器編寫擦除控制模塊、求和運算電路模塊、行驅動電路模塊和列驅動電路模塊；定義矩陣電路包括CLn行和RLn列，每個感存算電路單元由CMOS有源像素單元模塊和憶阻器存儲模塊構成，憶阻器存儲模塊接收憶阻器編寫擦除控制模塊發出的控制信號，實現數據的編寫/擦除，憶阻器的電流輸出端通過由行驅動電路模塊和列驅動電路模塊控制的行/列導通開關與求和運算電路模塊連接，其中，每一列的所有感存算電路單元連接一個求和運算電路模塊，所述求和運算電路模塊將輸入的電流信號轉為電壓信號后得到輸出電壓。

進一步的，所述CMOS有源像素單元模塊包括NMOS管、光電二極管和源極跟隨器；NMOS管的漏極接電源電壓，NMOS管的源極接光電二極管的負極，光電二極管的正極接地，源極跟隨器的柵極連接NMOS管源極與光電二極管負極的連接點，源極跟隨器的漏極接電源電壓，源極跟隨器的源極接憶阻器存儲模塊；NMOS管的柵極接外部復位信號，CMOS有源像素單元模塊在外部復位信號控制下進行復位/曝光。