一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置的制作方法

1.本发明属于面向拼接工艺的图像传感器技术领域，具体涉及一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置。


背景技术：

2.为满足超大视场广域探测感知，高分辨率和高质量成像图像传感器需求迫切。然而高分辨率图像传感器的芯片面积为光刻版面积的数倍，为降低制造光刻版的数量，从而大幅降低成本，需要采用拼接工艺。拼接工艺为采用一套光刻板，对光刻版进行多次复用，采用无缝拼接方式进行流片制造。由于多次复用同一光刻版，要求在设计过程中，既要满足版图的重复性设计，又要满足功能需求。
3.图1所示为光刻版结构示意图，由a，b，c，d四个功能拼接块组组成，光刻版分布如下图所示，四个拼接块的功能分别为：a为控制和偏置电路；b为读出和像元电流；c为驱动和行逻辑；d为像元面阵。图2所示为超大面阵图像传感器拼接架构，使用1次a，6次b，5次c，30次d组成超大面阵图像传感器。
4.图3所示为超大面阵图像传感器的复用情况，左右两侧为驱动和行逻辑，需要复用5次，实现超大面阵图像传感器的均匀驱动。上下为读出和像元电流，需要复用6次，实现光电信号采样保持和模拟到数字的转换。
5.由于a为控制和偏置电路；b为读出和像元电流，控制信号中包括对读出电路的偏置电压，偏置电流，斜坡斜率等关键信息进行控制，读出电路采用6个独立读出和像元电流拼接块组成，每个拼接块存在工艺差别，需要对各拼接块的偏置电压、电流、斜率等进行单独配置，才能补偿拼接块之间的工艺差，实现高均匀成像。根据拼接复用要求，所有拼接块的版图必须一致。相同的版图与拼接块间独立配置的要求，为设计带来巨大的挑战。
6.此外，b为读出和像元电流，具有模数转换等功能，虽然采用同一光刻版复用多次进行流片制造，但是不同的拼接过程中采用的工艺方式存在差异，引入关键模拟模块模数转换器中斜坡发生器的差异，存在斜坡起始电压和斜率的差异，从而导致成像质量下降，拼接块和拼接块之间的成像差异明显。
7.现有技术中通常采用如图4所示的直连拼接布线方式，拼接块1与拼接块2的版图一致，满足版图复用的要求，但两个拼接块输出信号均为signal1和signal2，未实现拼接块间独立配置的要求；或如图5所示的非复用拼接布线方式，拼接块1与拼接块2分别输出signal1、signal2和signal3、signal4，满足拼接块间独立配置的要求，但拼接块1与拼接块2版图存在差异，无法实现版图复用的要求。


技术实现要素：

8.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，有效解决不同拼接块之间的工艺差异问题，同时采用校准补偿技术，大幅优化成像质量。
9.本发明是通过以下技术方案来实现：
10.一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，包括多级依次连接的拼接块，每一级拼接块一一对应连接有斜坡生成补偿电路，所述斜坡生成补偿电路连接有a/d转换电路；
11.所述拼接块中均排列设置有多级电路组，每级电路组中包括两根信号电路；
12.所述拼接块中的首级电路组接入对应的斜坡生成补偿电路组，仅其余级电路组与下一级拼接块的多级电路组依次连接，且首级拼接块之后的所有拼接块的多级电路组接入信号的数量逐级递减。
13.进一步的，所述拼接块的数量与多级电路组的数量一致。
14.进一步的，所述多级电路组的排线设置有弯折段。
15.进一步的，所述同一拼接块的信号电路接入不同的信号。
16.进一步的，所述两根信号电路经译码器后接入斜坡生成补偿电路中。
17.进一步的，所述斜坡生成补偿电路包括第一并联电流源电路、第二并联电流源电路、积分电容阵列和放大器；
18.所述第一并联电流源电路和第二并联电流源电路通过单刀双掷开关spdt连接放大器同相输入端，放大器反相输入端连接有电源vcm，积分电容阵列的一端连接放大器的同相输入端，另一端连接放大器输出端；放大器输出端输出ramp信号。
19.进一步的，所述第一并联电流源电路包括电源avdd，电源avdd连接有并联的电流源i1和电流源i2，所述电流源i1串联有单刀单掷开关spst6；
20.所述第二并联电流源电路包括并联的电流源i3和电流源i4，所述电流源i3串联有单刀单掷开关spst7，所述电流源i3和电流源i4的一端均接地线。
21.进一步的，所述积分电容阵列包括并联的第一电容电路、第二电容电路、第三电容电路、第四电容电路、第五电容电路和单刀单掷开关电路；
22.所述第一电容电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的电容c1，
23.所述第二电容电路包括串联的单刀单掷开关spst1和电容c2；
24.所述第三电容电路包括串联的单刀单掷开关spst2和电容c3；
25.所述第四电容电路包括串联的单刀单掷开关spst3和电容c4；
26.所述第五电容电路包括串联的单刀单掷开关spst4和电容c5；
27.所述单刀单掷开关电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的单刀单掷开关spst5。
28.进一步的，所述电容c1的电容为电容c3的八倍，所述电容c2的电容为电容c3的二十四倍，所述电容c4的电容为电容c3的两倍，所述电容c5的电容为电容c3的四倍。
29.进一步的，a/d转换电路包括可编程增益放大器pga、adc比较器、adc计数器，
30.所述可编程增益放大器pga输入端连接有电源vcm、晶体管s1的集电极和欧姆表的一端，欧姆表另一端接地；
31.所述晶体管s1的发射极连接有晶体管s2的发射极，晶体管s2的基极分别连接有晶体管s3的发射极和晶体管s4的集电极，晶体管s2的集电极和晶体管s3的集电极分别连接电源vdd；晶体管s4的发射极连接有二极管负极，二极管正极接地；
32.所述adc比较器的输入端分别连接有放大器输出端和可编程增益放大器pga的输出端，输入端连接adc计数器的输入端，adc计数器的输出端输出dataout信号。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
34.本发明提供一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，包括多级依次连接的拼接块，每一级拼接块一一对应连接有斜坡生成补偿电路，所述斜坡生成补偿电路连接有a/d转换电路；所述拼接块中均排列设置有多级电路组，每级电路组中包括两根信号电路；所述拼接块中的首级电路组接入对应的斜坡生成补偿电路组，仅其余级电路组与下一级拼接块的多级电路组依次连接，且首级拼接块之后的所有拼接块的多级电路组接入信号的数量逐级递减；本技术每一级拼接块为可复用版图有效解决了超大面阵图像传感器采用多套光刻版的高成本问题，通过可复用版图将光刻版数目降低为一套，大幅降低成本，有效解决了不同拼接块之间的工艺差异问题，同时，斜坡生成补偿电路能够大幅优化成像质量。
附图说明
35.图1为现有技术中光刻版结构示意图；
36.图2为现有技术中超大面阵图像传感器拼接架构；
37.图3为现有技术中拼接及版图复用示意图；
38.图4为现有技术中的直连互通复用信号传递链路；
39.图5为现有技术中的非复用信号传递链路；
40.图6为本发明中的两拼接块可复用凹型信号传递链路；
41.图7为本发明中a/d转换电路在拼接块内整体架构；
42.图8为基于本发明多级拼接块的斜坡控制信号传递架构；
43.图9为本发明多级拼接块对应的斜坡生成补偿电路的独立配置架构；
44.图10为本发明中斜坡生成补偿电路原理图
45.图11中图11(a)为校准前各拼接块的斜坡斜率，图11(b)为起始电平校准后各拼接块的斜坡斜率，图11(c)为斜率校准后各拼接块的斜坡斜率；图12中为斜坡生成补偿电路原理图。
46.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
具体实施方式
[0047][0048]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0049]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0050]
本发明提供一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，如图6所示，包括多级依次连接的拼接块，每一级拼接块一一对应连接有斜坡生成补偿电路，所述斜坡生成补偿电路连接有a/d转换电路；
[0051]
所述拼接块中均排列设置有多级电路组，每级电路组中包括两根信号电路；
[0052]
所述拼接块中的首级电路组接入对应的斜坡生成补偿电路组，仅其余级电路组与下一级拼接块的多级电路组依次连接，且首级拼接块之后的所有拼接块的多级电路组接入信号的数量逐级递减；需要说明的是，如图6所示，其由两级拼接块组成，包括第一级拼接块和第二级拼接块，其中第一级拼接块和第二级拼接块均包括六级电路组，六级电路组中个包括两根信号电路，其中第一级拼接块中信号输入signal 1、signal 2、signal 3、signal 4、signal 5、signal 6、signal 7、signal 8、signal 9、signal 10、signal 11和signal 12，第二级拼接块中信号输入signal 3、signal 4、signal 5、signal 6、signal 7、signal 8、signal 9、signal 10、signal 11和signal 12，同时，第一级拼接块中传输入signal 1和signal 2的信号电路与第二级拼接块形成断路，其信号接入斜坡生成补偿电路，第一级拼接块中传输入signal 3和signal 4的信号电路连接第二级拼接块中首级电路组中的两根信号电路，依次类推，进而一级拼接块中的末级电路组中的两根信号电路连接第二级拼接块中的第五级电路组，第二级拼接块中的第六级电路组不连接第一级拼接块中的任何信号电路；进一步的，如图8所示，若存在第三级拼接块，其次末级电路组虽然会连接第二级拼接块的电路组，但不输入任何信号，依次类推，不论有多少级的拼接块连接，任然采用此方法进行连接和信号的传递；需要进一步说明是的，如图9所示，所述每一级的拼接块均一一对应设置有一个斜坡生成补偿电路，用于此拼接块中两个信号的处理。
[0053]
优选的，所述拼接块的数量与多级电路组的数量一致，所述同一拼接块的信号电路接入不同的信号；所述多级电路组的排线设置有多处弯折段，进而保证多根信号电路并列设置且相互结构不会干涉，本技术不对信号电路的形状做限定，只要能够满足多级拼接块中信号电路相同即可。
[0054]
优选的，所述两根信号电路经译码器后接入斜坡生成补偿电路中。
[0055]
优选的，如图10所示，所述斜坡生成补偿电路包括第一并联电流源电路、第二并联电流源电路、积分电容阵列和放大器；
[0056]
所述第一并联电流源电路和第二并联电流源电路通过单刀双掷开关spdt连接放大器同相输入端，放大器反相输入端连接有电源vcm，积分电容阵列的一端连接放大器的同相输入端，另一端连接放大器输出端；放大器输出端输出ramp信号。
[0057]
进一步的，所述第一并联电流源电路包括电源avdd，电源avdd连接有并联的电流源i1和电流源i2，所述电流源i1串联有单刀单掷开关spst6；
[0058]
所述第二并联电流源电路包括并联的电流源i3和电流源i4，所述电流源i3串联有单刀单掷开关spst7，所述电流源i3和电流源i4的一端均接地线。
[0059]
进一步的，所述积分电容阵列包括并联的第一电容电路、第二电容电路、第三电容电路、第四电容电路、第五电容电路和单刀单掷开关电路；
[0060]
所述第一电容电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的电容c1，
[0061]
所述第二电容电路包括串联的单刀单掷开关spst1和电容c2；
[0062]
所述第三电容电路包括串联的单刀单掷开关spst2和电容c3；
[0063]
所述第四电容电路包括串联的单刀单掷开关spst3和电容c4；
[0064]
所述第五电容电路包括串联的单刀单掷开关spst4和电容c5；
[0065]
所述单刀单掷开关电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的单刀单掷开关spst5。
[0066]
进一步的，所述电容c1的电容为电容c3的八倍，所述电容c2的电容为电容c3的二十四倍，所述电容c4的电容为电容c3的两倍，所述电容c5的电容为电容c3的四倍。
[0067]
优选的，如图7所示，a/d转换电路包括可编程增益放大器pga、adc比较器、adc计数器，
[0068]
所述可编程增益放大器pga输入端连接有电源vcm、晶体管s1的集电极和欧姆表的一端，欧姆表另一端接地；
[0069]
所述晶体管s1的发射极连接有晶体管s2的发射极，晶体管s2的基极分别连接有晶体管s3的发射极和晶体管s4的集电极，晶体管s2的集电极和晶体管s3的集电极分别连接电源vdd；晶体管s4的发射极连接有二极管负极，二极管正极接地；
[0070]
所述adc比较器的输入端分别连接有放大器输出端和可编程增益放大器pga的输出端，输入端连接adc计数器的输入端，adc计数器的输出端输出dataout信号；需要说明的是，所述a/d转换电路在多级拼接块中设置有多个，其数量取决于图像传感器的输出规格。
[0071]
需要说明的是，斜坡生成补偿电路原理为通过电流在电容上积分实现输出随时间变化的电压信号，如图10所示。当输入rge_en_ramp信号为低时，积分电容阵列两端短路，积分电容清零；当该信号为高时，积分电容阵列开始积分；由于不同曝光模式对应的量化电压不同，因此全局曝光模式中，电源vcm为高电压，输出电压随时间下降；卷帘曝光模式中，电源vcm为低电压，输出电压随时间上升，输出电压ramp由下式给出：
[0072]
(全局曝光模式)；
[0073]
(卷帘曝光模式)；
[0074]
其中iscc为积分电流，cint为积分电容，n为斜坡发生器精度，12位/14位/16位可选，tclk为adc模块中计数器的时钟周期。
[0075]
bit_mode《0》信号控制积分电流iscc的大小，当bit_mode《0》为低时，单刀单掷开关spst5和单刀单掷开关spst6的开关闭合，iscc＝4i，对应12位精度；当bit_mode《0》为高时，单刀单掷开关spst5和单刀单掷开关spst6的开关断开，iscc＝i，对应14位精度，其中i为开关电容电路产生的可调基准电流。
[0076]
bit_mode《1》信号控制积分电容cint大小，当bit_mode《1》为高时，单刀单掷开关spst1开关闭合，cint＝64c，此时bit_mode《0》为高，对应16位精度。二选一开关控制信号
rge_exp_sel为低时，对应全局曝光模式，二选一开关控制信号rge_exp_sel为低时，对应卷帘曝光模式。
[0077]
trim《2:0》用于调节积分电容大小以校正输出电压斜率，12位/14位精度时调节范围为0～7/16，调节步长为1/16；16位精度时调节范围为0～7/64，调节步长为1/64；缺省状态下trim《2:0》为低，开关全部断开；电源vcm为可调斜坡起始电平，实现对斜坡起始电压的调整。
[0078]
图11所示为斜坡校准示意图，六个斜坡位于六个拼接块内，如图8所示，由于拼接块的工艺差异会引起斜坡起始电压和斜坡斜率不一致，造成成像质量下降，图11(a)为校准前各拼接块的斜坡斜率，(b)为起始电平校准后各拼接块的斜坡斜率(c)为斜率校准后各拼接块的斜坡斜率。通过校准后各斜坡斜率和起始电压基本一致，实现了对工艺差异的补偿，可实现成像均匀度提升。
[0079]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，包括多级依次连接的拼接块，每一级拼接块一一对应连接有斜坡生成补偿电路，所述斜坡生成补偿电路连接有a/d转换电路；所述拼接块中均排列设置有多级电路组，每级电路组中包括两根信号电路；所述拼接块中的首级电路组接入对应的斜坡生成补偿电路组，仅其余级电路组与下一级拼接块的多级电路组依次连接，且首级拼接块之后的所有拼接块的多级电路组接入信号的数量逐级递减。2.根据权利要求1所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述拼接块的数量与多级电路组的数量一致。3.根据权利要求1所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述多级电路组的排线设置有弯折段。4.根据权利要求1所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述同一拼接块的信号电路接入不同的信号。5.根据权利要求1所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述两根信号电路经译码器后接入斜坡生成补偿电路中。6.根据权利要求5所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述斜坡生成补偿电路包括第一并联电流源电路、第二并联电流源电路、积分电容阵列和放大器；所述第一并联电流源电路和第二并联电流源电路通过单刀双掷开关spdt连接放大器同相输入端，放大器反相输入端连接有电源vcm，积分电容阵列的一端连接放大器的同相输入端，另一端连接放大器输出端；放大器输出端输出ramp信号。7.根据权利要求6所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述第一并联电流源电路包括电源avdd，电源avdd连接有并联的电流源i1和电流源i2，所述电流源i1串联有单刀单掷开关spst6；所述第二并联电流源电路包括并联的电流源i3和电流源i4，所述电流源i3串联有单刀单掷开关spst7，所述电流源i3和电流源i4的一端均接地线。8.根据权利要求6所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述积分电容阵列包括并联的第一电容电路、第二电容电路、第三电容电路、第四电容电路、第五电容电路和单刀单掷开关电路；所述第一电容电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的电容c1，所述第二电容电路包括串联的单刀单掷开关spst1和电容c2；所述第三电容电路包括串联的单刀单掷开关spst2和电容c3；所述第四电容电路包括串联的单刀单掷开关spst3和电容c4；所述第五电容电路包括串联的单刀单掷开关spst4和电容c5；所述单刀单掷开关电路包括两端分别连接放大器的同相输入端和放大器输出端的单刀单掷开关spst5。9.根据权利要求6所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，所述电容c1的电容为电容c3的八倍，所述电容c2的电容为电容c3的二十四倍，所述电容c4的电容为电容c3的两倍，所述电容c5的电容为电容c3的四倍。
10.根据权利要求6所述一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，其特征在于，a/d转换电路包括可编程增益放大器pga、adc比较器、adc计数器，所述可编程增益放大器pga输入端连接有电源vcm、晶体管s1的集电极和欧姆表的一端，欧姆表另一端接地；所述晶体管s1的发射极连接有晶体管s2的发射极，晶体管s2的基极分别连接有晶体管s3的发射极和晶体管s4的集电极，晶体管s2的集电极和晶体管s3的集电极分别连接电源vdd；晶体管s4的发射极连接有二极管负极，二极管正极接地；所述adc比较器的输入端分别连接有放大器输出端和可编程增益放大器pga的输出端，输入端连接adc计数器的输入端，adc计数器的输出端输出dataout信号。

技术总结
本发明提供一种面向品拼接工艺的可复用版图和拼接补偿校准装置，包括多级依次连接的拼接块，每一级拼接块一一对应连接有斜坡生成补偿电路，斜坡生成补偿电路连接有A/D转换电路；拼接块中均排列设置有多级电路组，每级电路组中包括两根信号电路；拼接块中的首级电路组接入对应的斜坡生成补偿电路组，仅其余级电路组与下一级拼接块的多级电路组依次连接，且首级拼接块之后的所有拼接块的多级电路组接入信号的数量逐级递减；本申请每一级拼接块为可复用版图，通过可复用版图将光刻版数目降低为一套，有效解决了超大面阵图像传感器采用多套光刻版的高成本问题，以及不同拼接块之间的工艺差异问题，同时，斜坡生成补偿电路能够大幅优化成像质量。幅优化成像质量。幅优化成像质量。


技术研发人员：李婷 何杰 曹天骄 徐晚成 袁昕 张曼 崔双韬 雷婉 杨靓 李海松
受保护的技术使用者：西安微电子技术研究所
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/8/9