[發(fā)明專利]一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011528529.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112700810B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡紹剛;張宗鎰;周桐;于奇;劉洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C16/10
• 分類號(hào): G11C16/10;G11C16/14;G11C16/34;G06T1/60;H04N25/76
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于圖像傳感技術(shù)與集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明主要包括CMOS有源像素單元模塊、憶阻器存儲(chǔ)模塊、編寫/擦除電路模塊、求和運(yùn)算電路模塊、行驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng)電路模塊。所述一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)在單片上集成傳感電路與存算一體電路，并對(duì)傳感電路采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，該方案可用于圖像識(shí)別、圖像處理等領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的存內(nèi)計(jì)算電路，該融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)利用CMOS有源像素結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳感，并融合憶阻器作為存儲(chǔ)與計(jì)算的單元，將傳感與存內(nèi)計(jì)算融為一體，能夠極大地提高電路對(duì)傳感數(shù)據(jù)的運(yùn)算速度，且集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像傳感技術(shù)與集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在當(dāng)今的圖像技術(shù)領(lǐng)域中，先進(jìn)的CMOS技術(shù)已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)地成為數(shù)字圖像信息采集的主流技術(shù)，其不僅具有優(yōu)秀的性能——靈敏度、光譜、分辨率和動(dòng)態(tài)范圍等，更重要的是CMOS圖像傳感器能與各種相關(guān)的模擬-數(shù)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(jìn)的圖像傳感器與一系列數(shù)字、模擬電路，從而實(shí)現(xiàn)高采樣率、高質(zhì)量的成像效果，并結(jié)合CMOS超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具和模型，快速和低成本地不斷設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品。大多數(shù)CMOS圖像傳感器集成電路芯片，都是一個(gè)單硅片系統(tǒng)(System?on?aChip，SoC)，而且是模擬-數(shù)字混合設(shè)計(jì)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(gè)像素中有一個(gè)光電二極管作為基本的光電轉(zhuǎn)換元件，在每個(gè)像素中還包括由若干個(gè)MOS晶體管有源器件組成的電路，把光子在光電二極管PN結(jié)上激發(fā)的載流子電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并由模擬開關(guān)控制光電二極管的曝光操作和信號(hào)輸出。CMOS圖像傳感器的設(shè)計(jì)，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(shù)字的到傳感器的，都涉及很寬的電子電路知識(shí)領(lǐng)域。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)到CMOS半導(dǎo)體工藝，都需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、晶元廠商密切合作和設(shè)計(jì)工具軟件的支持。

傳統(tǒng)的圖像傳感器的傳感模塊和存內(nèi)計(jì)算模塊分離，存在運(yùn)算速度慢、功耗大以及面積大等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種融合憶阻器的CMOS感存算一體電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由多個(gè)感存算電路單元構(gòu)成的矩陣電路、憶阻器編寫擦除控制模塊、求和運(yùn)算電路模塊、行驅(qū)動(dòng)電路模塊和列驅(qū)動(dòng)電路模塊；定義矩陣電路包括CLn行和RLn列，每個(gè)感存算電路單元由CMOS有源像素單元模塊和憶阻器存儲(chǔ)模塊構(gòu)成，憶阻器存儲(chǔ)模塊接收憶阻器編寫擦除控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編寫/擦除，憶阻器的電流輸出端通過(guò)由行驅(qū)動(dòng)電路模塊和列驅(qū)動(dòng)電路模塊控制的行/列導(dǎo)通開關(guān)與求和運(yùn)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(gè)求和運(yùn)算電路模塊，所述求和運(yùn)算電路模塊將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后得到輸出電壓。

進(jìn)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(fù)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(fù)極的連接點(diǎn)，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(chǔ)模塊；NMOS管的柵極接外部復(fù)位信號(hào)，CMOS有源像素單元模塊在外部復(fù)位信號(hào)控制下進(jìn)行復(fù)位/曝光。