كاهش توان مصرفي و افزايش ضريب فضاي مؤثر در طراحي حسگر تصوير هوشمند با قابليت تشخيص حركت

Power Reduction and Fill Factor Improvement on Designing Smart Image Sensor with Motion Detection Capability

در بررسي عملكرد حسگر تصوير هوشمند، كاهش توان مصرفي سيستم تصويربرداري و افزايش ضريب فضاي مؤثر هر سلول، اهميت فراوان دارد؛ در اين تحقيق با تعريف دو حالت كاري مجزا به منظور پردازش فريم ‌هاي مختلف و همچنين طراحي و پياده ‌سازي واحد مديريت توان در ساختار اصلي سيستم تصويربرداري، حجم پردازش اطلاعات اضافي در بررسي فريم‌ هاي كم-اهميت به ميزان چشمگيري كاهش يافته است كه نتيجه ‌ي آن كاهش توان مصرفي در سيستم‌ هاي تصويربرداري مبتني بر تشخيص حركت خواهد بود. همچنين ارائه ‌ي ساختاري نوين در طراحي هر سلول، زمينه‌ ساز افزايش قابل توجه ضريب فضاي مؤثر در سطح هر پيكسل شده است. بطوريكه ولتاژ مربوط به هر سلول در بررسي فريم‌ هاي متوالي، صرفا از طريق يك مسير خروجي و به صورت سري در اختيار واحد تشخيص حركت قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه ‌سازي نشان مي‌دهد كه در پياده‌ سازي آرايه‌ اي از پيكس ل‌ها با ابعاد 64×64 و بهره‌ گيري از تكنولوژي CMOS استاندارد 180 نانومتر، توان مصرفي حسگر پيشنهادي تحت تصويربرداري با نرخ 100 فريم بر ثانيه معادل با 2/. ميلي‌ وات و ضريب فضاي مؤثر هر سلول برابر با 45% خواهد بود.

Power consumption and fill factor improvement are known as the vitally important parameters in evaluating smart image sensors. In this paper, due to considering two different operation modes in processing different frames, and also designing power management unit, the amount of redundant data processed in unimportant frames has been reduced significantly, and therefore the proposed imaging system consumes less power compared with counterpart imagers. Furthermore, a novel pixel structure is introduced that outputs two consecutive frame voltages in series, with the result that the pixel size is minimized and a higher fill factor is achieved. The performance of this technique is demonstrated using a 64×64 pixel sensor designed in a 0.18µm standard CMOS technology. The sensor chip consumes 0.2mW of power while operating at 100fps with a fill factor of 45%.