基于空間應(yīng)用的cmos圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，涉及一種CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，解決現(xiàn)有空間應(yīng)用中的CMOS圖像傳感器易出現(xiàn)閂鎖，導(dǎo)致器件功能失效甚至燒毀的問題，包括外部輸入電源、處理部分和焦面部分，外部輸入電源同時向處理部分和焦面部分供電；處理部分包括控制器、電流檢測模塊、比較器、控制器內(nèi)核供電模塊、控制器IO供電模塊、控制器外圍電路供電模塊、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組；焦面部分包括n組保護(hù)電阻、n組電壓變換芯片和參考源電路；外部輸入電源輸出電壓穩(wěn)定后各部分分時上電，降低DC/DC模塊供電系統(tǒng)的浪涌電流；控制器先內(nèi)核后IO最后外圍部分，避免各部分同時上電而出現(xiàn)輸出電壓在上升過程中下降，保證控制器上電穩(wěn)定可靠。
【專利說明】
基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，具體涉及一種基于空間應(yīng)用的CMOS 圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器相比，具有不需要外部驅(qū)動、模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路，體積小功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但其在空間環(huán)境應(yīng)用中易出現(xiàn)閂鎖，導(dǎo)致器件功能失效甚至燒 毀。低壓差電源芯片如MAX883具備限流保護(hù)功能，在壓差大于0.7V輸出電壓大于0.8V的情 況下最大輸出電流為430mA;在輸出電壓低于0.8V的情況下最大輸出電流為170mA。但器件 在160°C下的熱保護(hù)功能，利用晶體管的PN結(jié)的導(dǎo)通電壓隨溫度升高而降低的原理，只能應(yīng) 對瞬間的熱沖擊，在整體結(jié)溫過高的情況下是不起作用的。因此CMOS在出現(xiàn)嚴(yán)重閂鎖（電源 與地之間近似短路）的情況下，MAX883的溫升迅速增加，若不采取相應(yīng)的措施，在lmin就存 在燒毀風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有空間應(yīng)用中的CMOS圖像傳感器易出現(xiàn)閂鎖，導(dǎo)致器件功能失效 甚至燒毀的問題，提供一種基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)。
[0004] 基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，包括外部輸入電源、處理部分和焦 面部分，所述外部輸入電源同時向處理部分和焦面部分供電；其特征是，所述處理部分包括 控制器、電流檢測模塊、比較器、控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊、控制器外圍電路 供電模塊、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組;焦面部分包括n組保護(hù)電阻、n組電壓變換芯 片和參考源電路；
[0005] 所述控制器內(nèi)核供電模塊和控制器10供電模塊分別對控制器的內(nèi)核和控制器10 口進(jìn)行供電，所述控制器外圍電路供電模塊對比較器、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組 供電;所述電流檢測模塊與比較器相連，比較器與控制器連接，所述控制器同時與電平轉(zhuǎn)換 芯片組、差分接口芯片組和n組電壓變換芯片連接；
[0006] 所述電流檢測模塊通過n組保護(hù)電阻與n組電壓變換芯片連接，所述n-1組電壓變 換芯片分別與CMOS圖像傳感器連接，第n組電壓變換芯片通過參考源電路與所述CMOS圖像 傳感器連接;所述CMOS圖像傳感器與電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組連接；
[0007] 所述外部輸入電源依次對控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊以及控制器外 圍電路供電模塊上電，待所述控制器外圍電路供電模塊輸出的電壓穩(wěn)定后，所述n組電壓變 換芯片使能端輸出電壓，待所述n組電壓變換芯片輸出的電壓達(dá)到額定電壓后，所述電平轉(zhuǎn) 換芯片組和差分接口芯片組由高阻狀態(tài)切換到使能輸出狀態(tài);并分別產(chǎn)生信號控制CMOS圖 像傳感器工作；
[0008] 所述電源檢測模塊實(shí)時檢測焦面部分上輸出的電流值I輸出與所述電流值I呈線 性關(guān)系的電壓值KI到比較器，所述比較器將所述電源檢測模塊檢測的電壓值KI與比較器內(nèi) 的閾值電壓vth比較，并將比較結(jié)果傳送至控制器；
[0009] 所述控制器如果接收到高電平，且在控制器的三個主時鐘周期都為高電平，則認(rèn) 定出現(xiàn)了閂鎖;如果接收到低電平，則未出現(xiàn)閂鎖。
[0010] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，快 速對閂鎖現(xiàn)象進(jìn)行檢測，切斷電源或者將供電電壓降低到不足以維持寄生電路的再生和閂 鎖狀態(tài)，將CMOS圖像傳感器和相關(guān)電路保護(hù)起來。存在以上優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、本發(fā)明所述的外部輸入電源采用DC/DC模塊，在DC/DC模塊輸出電壓穩(wěn)定后各部 分分時上電，可降低DC/DC模塊供電系統(tǒng)的浪涌電流;控制器先內(nèi)核后10最后外圍部分，避 免各部分同時上電而出現(xiàn)輸出電壓在上升過程中下降，保證控制器上電過程穩(wěn)定可靠；上 電過程中控制器10先于外圍部分上電，避免上電過程中出現(xiàn)10潛通，從而降低控制器出現(xiàn) 閂鎖的幾率;在CMOS圖像傳感器的供電電壓達(dá)到電壓后，電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片 組的輸入和輸出端口方由高阻態(tài)切換為使能輸入輸出狀態(tài)，避免上電過程中出現(xiàn)潛通， CMOS圖像傳感器出現(xiàn)損壞；
[0012] 2、本發(fā)明通過對CMOS閂鎖過程的快速檢測與保護(hù)，保證CMOS圖像傳感器航天應(yīng)用 的可靠性和安全性，確保航天應(yīng)用的成功。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； [0014]圖2為外部輸入電源DC/DC模塊的上電流程圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0015] 一、結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感 器抗閂鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速對閂鎖現(xiàn)象進(jìn)行檢測，切斷電源或者將供電電壓降低到不 足以維持寄生電路的再生和閂鎖狀態(tài)。
[0016] 具體由外部輸入電源、處理部分和焦面部分組成。處理部分主要由控制器、電流檢 測模塊、比較器、控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊、控制器外圍電路供電模塊、電平 轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組組成;控制器內(nèi)核供電模塊和控制器10供電模塊分別對控制 器的內(nèi)核和10進(jìn)行供電，控制器外圍電路供電模塊對比較器、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口 芯片組供電；
[0017] 焦面部分包括n組保護(hù)電阻、n組電壓變換芯片、參考源電路和CMOS圖像傳感器；
[0018] 所述外部輸入電源采用DC/DC模塊，本實(shí)施方式中提出了基于DC/DC模塊供電的穩(wěn) 定可靠的FPGA上電控制系統(tǒng)，控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊和控制器外圍電路 供電模塊非同時上電，而且在DC/DC模塊的輸出電壓上升過程中均不使能輸出。DC/DC模塊 的輸出電壓達(dá)到額定電壓后，其上電順序是控制器內(nèi)核供電模塊上電，待內(nèi)核供電模塊輸 出電壓穩(wěn)定后控制器10供電模塊開始上電，待控制器10供電模塊輸出電壓穩(wěn)定后控制器外 圍電路供電模塊開始上電，待控制器外圍電路模塊供電輸出電壓穩(wěn)定后焦面部分電壓變換 芯片使能輸出，待焦面部分電壓變換芯片輸出電壓達(dá)到額定電壓后，電平轉(zhuǎn)換芯片組和差 分接口芯片組由高阻態(tài)切換到使能輸出，產(chǎn)生CMOS圖像傳感器相關(guān)工作時序。
[0019] 本實(shí)施方式中，在外部輸入電源送入焦面部分前，串入了阻值為毫歐級的電流檢 測模塊，可實(shí)時檢測焦面部分上輸出電源的電流值I，輸出與電流呈線性關(guān)系的電壓值KI; 輸出的電壓值KI與閾值電壓Vth在比較器內(nèi)比較，輸出的高電平代表出現(xiàn)了 R鎖，輸出的低 電平代表未出現(xiàn)閂鎖。
[0020] 本實(shí)施方式所述的電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組內(nèi)芯片均有EN使能管腳，當(dāng) EN有效時允許輸入或輸出信號，當(dāng)EN信號無效時其10端口呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。所述n組電壓變換 芯片均含有OFF使能管腳，當(dāng)OFF有效時不輸出電壓，當(dāng)OFF無效時正常輸出電壓;其中前n-1 組電壓變換芯片直接為CMOS圖像傳感器供電，第n組電壓變換芯片為參考源電路供電，所述 參考源電路向CMOS圖像傳感器提供基準(zhǔn)電壓。
[0021] 本實(shí)施方式中，所述外部輸入電源采用DC/DC模塊，同時向處理部分和焦面部分供 電，在電壓變換芯片輸入端串入保護(hù)電阻，當(dāng)CMOS圖像傳感器出現(xiàn)閂鎖時可限制閂鎖電流， 更重要的目的是降低電壓變換的壓降，延緩燒毀的時間。
[0022]所述處理部分的控制器接收比較器輸出的電平值，若控制器內(nèi)連續(xù)三個主時鐘周 期判定出現(xiàn)閂鎖，則
[0023] -、把與CMOS圖像傳感器相連的電平轉(zhuǎn)換芯片組的使能端EN設(shè)置為讓所有的電平 轉(zhuǎn)換芯片為高阻狀態(tài)，，避免單端信號端存在潛通；
[0024] 二、把與CMOS圖像傳感器相連的差分接口芯片組的使能端EN設(shè)置為讓所有的差分 芯片為高阻狀態(tài)，避免差分端存在潛通；
[0025]三、把CMOS圖像傳感器的所有供電芯片如MAX883的使能端OFF置低，使所有供電芯 片不輸出電壓，將供電芯片保護(hù)起來，避免燒毀風(fēng)險(xiǎn)。CMOS圖像傳感器已經(jīng)解除閂鎖狀態(tài)， 可以對焦面部分重新加電運(yùn)行。
[0026] 四、對焦面部分重新加電運(yùn)行，若對焦面部分重新加電運(yùn)行無效，則切斷外部輸入 電源。
[0027] 本實(shí)施方式中，所述保護(hù)電阻阻值的選擇原則
式中VIN為 外部輸入電源電壓，VQUTl為第i(l<i<n)組額定輸出電壓，為第i組電壓變換芯片 在峰值工作電流Ipixi時的壓差;功耗選擇原則Pi >9I2pixiRi。 n n
[0028] 本實(shí)施方式中，閾值電壓Vth的選擇原則是4 +、、,_)，式中 /-I 組電壓變換的峰值電流之和；Ipixmin為CMOS圖像傳感器10供電電源和差分輸入輸出供電電 源電流中的最小值。
[0029] 本實(shí)施方式中，控制器采用Xilinx公司的器件XC6VLX240T-2FFG1156C;所述的 CMOS圖像傳感器采用CM0SIS公司的全局快門的CMV300;電壓變換芯片采用MAX883芯片，其 它供電模塊采用MSK公司的電源芯片；電平轉(zhuǎn)換芯片組采用多片SN74AVC20T245ZQLR;差分 接口芯片組采用LVDS31和LVDS32;電流檢測模塊采用美信公司的專用電流檢測芯片；比較 器采用LM339;參考電源電路主要由AD584組成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，包括外部輸入電源、處理部分和焦面 部分，所述外部輸入電源同時向處理部分和焦面部分供電；其特征是，所述處理部分包括控 制器、電流檢測模塊、比較器、控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊、控制器外圍電路供 電模塊、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組;焦面部分包括η組保護(hù)電阻、η組電壓變換芯片 和參考源電路； 所述控制器內(nèi)核供電模塊和控制器10供電模塊分別對控制器的內(nèi)核和控制器10 口進(jìn) 行供電，所述控制器外圍電路供電模塊對比較器、電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組供電； 所述電流檢測模塊與比較器相連，比較器與控制器連接，所述控制器同時與電平轉(zhuǎn)換 芯片組、差分接口芯片組和η組電壓變換芯片連接， 所述電流檢測模塊通過η組保護(hù)電阻與η組電壓變換芯片連接，所述η-1組電壓變換芯 片分別與CMOS圖像傳感器連接，第η組電壓變換芯片通過參考源電路與所述CMOS圖像傳感 器連接;所述CMOS圖像傳感器與電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組連接； 所述外部輸入電源依次對控制器內(nèi)核供電模塊、控制器10供電模塊以及控制器外圍電 路供電模塊上電，待所述控制器外圍電路供電模塊輸出的電壓穩(wěn)定后，所述η組電壓變換芯 片使能端輸出電壓，待所述η組電壓變換芯片輸出的電壓達(dá)到額定電壓后，所述電平轉(zhuǎn)換芯 片組和差分接口芯片組由高阻狀態(tài)切換到使能輸出狀態(tài);并分別產(chǎn)生信號控制CMOS圖像傳 感器工作； 所述電源檢測模塊實(shí)時檢測焦面部分上輸出的電流值I輸出與所述電流值I呈線性關(guān) 系的電壓值KI到比較器，所述比較器將所述電源檢測模塊檢測的電壓值KI與比較器內(nèi)的閾 值電壓Vth比較，并將比較結(jié)果傳送至控制器； 所述控制器如果接收到高電平，且在控制器的三個主時鐘周期都為高電平，則認(rèn)定出 現(xiàn)了閂鎖;如果接收到低電平，則未出現(xiàn)閂鎖。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，其特征在于，所 述電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組內(nèi)芯片均設(shè)置有EN使能管腳，當(dāng)EN信號有效時允許輸 入或輸出信號，當(dāng)EN信號無效時，所述電平轉(zhuǎn)換芯片組和差分接口芯片組的10端口呈現(xiàn)高 阻狀態(tài)； 所述η組電壓變換芯片均含有OFF使能管腳，當(dāng)OFF有效時不輸出電壓，當(dāng)OFF無效時正 常輸出電壓;所述η-1組電壓變換芯片直接為CMOS圖像傳感器供電，第η組電壓變換芯片為 參考源電路供電，所述參考源電路向CMOS圖像傳感器提供基準(zhǔn)電壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，其特征在 于，所述控制器判定出現(xiàn)閂鎖后，所述控制器將電平轉(zhuǎn)換芯片組的使能端EN均設(shè)置為高阻 狀態(tài)，將差分接口芯片組的使能端EN設(shè)置為高阻狀態(tài)，將η組電壓變換芯片使能端OFF置低， 使η組電壓變換芯片不輸出電壓;控制器對焦面部分重新加電運(yùn)行，若對焦面部分重新加電 運(yùn)行無效，則切斷外部輸入電源。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，其特征在于，所 述外部輸入電源為DC/DC模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，其特征在于，所 述的保護(hù)電阻阻值的選擇原則為式中VIN為外部輸入電源的電壓，VQUTl為第i組保護(hù)電阻額定輸出電壓，Vdrcmpcmti為第i組 電壓變換芯片在峰值工作電流IPixi時的壓差;保護(hù)電阻功耗選擇原則Pi>9I2pixiRi;所述i的 范圍為:l<i<n。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間應(yīng)用的CMOS圖像傳感器抗閂鎖系統(tǒng)，其特征在于，所 述閾值電壓Vth的選擇原則為： η 式中Σ&?.為η組電壓變換芯片的峰值電流之和；Ipixmin為CMOS圖像傳感器10供電電源 /=1 和差分輸入輸出供電電源電流中的最小值。
【文檔編號】H01L27/146GK105957873SQ201610389103
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】余達(dá), 劉金國, 郭永飛, 司國良, 寧永慧, 馬天波, 王靈杰
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所