Slides - indico in2p3

Projet pluridisciplinaire
CURVACE
CURVed Artificial Compound Eyes
Godiot Stéphanie, Menouni Mohsine – CPPM – juin 2010
Projet pluridisciplinaire CURVACE
 Contexte / Acteurs
 Présentation du projet / Objectifs
 Principe de détection utilisé
 Détail du photorécepteur
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CURVACE
CURVed Artificial Compound Eyes
 Réalisation de rétines artificielles incurvées qui reproduisent le système
de vision d’un insecte (par détection du mouvement).
 Pluridisciplinarité : neuro-optique, microélectronique, mécanique des
surfaces, bio-robotique.
 Projet européen :




EPFL (Suisse) coordinateur
Département Bio-robotique (LMP) de UNIVMED (France)
FRAUNHOFER (Allemagne)
Eberhard-Karls-Universität Tübingen UTUB (Allemagne)
 Le CPPM valorise son expérience dans les capteurs d’image auprès du
LMP.
 Historique : 1er projet en partenariat avec le LMP en 2004 (projet « Rétine
de mouche »)
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Intérêt de la vision chez les insectes
Œil d’un vertébré :
Œil d’un insecte :
 Image fidèle à l’environnement
 Nécessité d’algorithmes pour en
 Pas d’image de l’environnement
 Une détection directe des
extraire les objets et leurs
mouvements
mouvements
 Champ visuel plus étendu
 Faible taille et poids
 Outil de navigation
précis et rapide
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Structure d’une rétine artificielle
Surface incurvée de micro-lentilles qui focalisent les photons vers des
photo-récepteurs.
Traitement de l’information :
filtrage et post-processing
(sens de déplacement et
vitesse de l’objet)
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Réalisation d’une rétine incurvée
N
Une Rétine « cylindrique »
Bias Bias Bias Bias
+
+
+
+
Dig. Dig. Dig. Dig.
Bias Bias Bias Bias
+
+
+
+
Dig. Dig. Dig. Dig.
Matrice de N circuits
« colonne » individuels
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2 designs CURVACE
 Technologie : XFAB 0,35µm
 Deux designs demandés
au CPPM :
 2D : 42 colonnes de 15 pixels
 1D : 34 colonnes de 1 pixel
2D
1D
 Circuit-colonne du design 2D :




Bias
+
Dig.
15 photodiodes + photorécepteurs
Plots d’E/S aux extrémités
Système de lecture
Dimensions d’une colonne : 253µm x 6765µm
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gnd
Vdda
Vddd
Architecture d’un circuit-colonne
column of 15 photoreceivers
Sample
and
hold
Ph0-Ph14
Ref
Vin
Start 10 bit ADC
Analog
MUX
EOC
Sel<0:15>
Data out
Bandgap
Reference
General
Bias
Output shift
register
Addr
decoder
Control
and
Counter
sync
clock
data
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Le pixel photo-récepteur
La photodiode

Courant de fuite :
Photodiode Nwell/Psubstrate :
 Courant de fuite :
Area Ileakage
4.10-4
fA/µm²
Sidewall Ileakage
2.10-3
fA/µm
=> Courant de fuite # 0,6 fA

30µm
Courant de back-ground (luminosité ambiante) :
 Sensibilité attendue # 0,25A/W
 1 W/m² # 683 lux ( à 550nm )
 Plage d’utilisation :
1 lux → 105 lux # 0,36pA → 36nA
 Capacité :
CphD # 160fF
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Le pixel photorécepteur
Principe
Élément adaptatif
RMP0
VB
Qfb sous le seuil :
On parle de
détecteur
logarithmique.
Vfb
Qfb
C1
IPH proportionnel à la
luminosité reçue
C2
Feed-back
Vph
IPH
Photodiode
Qp
Elément adaptatif
(réalisé par un
transistor)
 R très élevée
en DC
 R s’adapte en
VOUT
fonction du
signal AC
Qn
Amplificateur
source commune
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Le pixel photo-récepteur
Equations
 Un « bon » détecteur de mouvement doit être peu sensible aux
variations « lentes » de la luminosité ambiante (passage d’un nuage) et
très sensible aux variations rapides de contraste (passage d’un objet).
 Les gains AC et DC sont différents :

Gain DC :

Gain AC :
vo
Ut  1
i

Ibg
vo
Ut  1 C1  C 2
i
 C2
Ibg
avec  : coefficient de back-gate ( # 0,7) et (C1 + C2) / C2 = 16
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Le pixel photorécepteur
Quelques résultats préliminaires de simulations
Résistance équivalente du
transistor adaptatif
Gain en fonction de Ibg
1 lux
105 lux
Un filtrage sera
fait à 100Hz
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Le pixel photorécepteur
Quelques résultats préliminaires de simulations
Réponse du photo-récepteur
3
2,8
2,6
Vout (V)
2,4
0,36pA
2,2
105 lux
2
1,8
1pA
10pA
100pA
1 lux
1nA
10nA
1,6
36nA
1,4
DC
1,2
1
1E-14
1E-13
1E-12
1E-11
1E-10
1E-09
1E-08
1E-07
1E-06
Ibg (A)
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CURVACE : un projet en cours….
 Projet en cours…
 Run prévu en septembre 2010
 Sujet de réflexion en cours :


Les tests en 2004 ont montré quelques difficultés à détecter
de très faibles contrastes pour des Ibg élevés.
Un filtrage avant la discrétisation du signal par le MUX+ADC
serait peut-être préférable…..
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