一种用于SPAD自校准的像素电路及其方法技术

本申请通过提供一种用于SPAD像素的自校准电路，其特征在于，包括：SPAD，用于接收光子；淬灭模块，所述淬灭模块的输出端口与所述SPAD连接；计数模块，与所述SPAD连接，用于统计所述SPAD接收的所述光子的数目并输出；电压调节模块，与所述计数模块连接，并根据所述计数模块的输出调节所述淬灭模块的输入端口，使得施加在SPAD上的过压(淬灭模块输入端口电压

【技术实现步骤摘要】
一种用于SPAD自校准的像素电路及其方法


[0001]本申请涉及自校准电路领域，特别涉及一种用于SPAD自校准的像素电路及其方法。

技术介绍

[0002]飞行时间测距法(Time of flight，TOF)，其原理是通过给目标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。
[0003]而直接飞行时间探测(Direct Time of flight，DTOF)作为TOF的一种，DTOF技术通过计算光脉冲的发射和接收时间，直接获得目标距离，具有原理简单，信噪比好、灵敏度高、精确度高等优点，受到了越来越广泛的关注。
[0004]一般地，在一些DTOF测距应用中，可以使用包括单光子检测器(例如单光子)在内的光电探测器阵列来执行反射辐射的单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)阵列。一个或多个光电探测器可以限定阵列的探测器像素。SPAD阵列可以在可能需要高灵敏度和定时分辨率的成像应用中用作固态光电探测器。SPAD基于半导体结(例如，p
‑
n结)，例如，当通过或响应于具有期望脉冲宽度的选通信号而被偏置到其击穿区域之外时，该半导体结可以检测入射光子。高的反向偏置电压会产生足够大小的电场，从而使引入器件耗尽层的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。
[0005]光子触发雪崩电流的总概率可称为SPAD的光子检测效率(PhotonDetection Efficiency,PDE)。一般来讲，人们期望SPAD具有较高的PDE，因为这提高了器件的灵敏度和性能。然而，增加过偏压量可导致增加PDE，一般地，由于工艺差异，在同一个芯片的不同位置上的SPAD器件的击穿电压不同，然而阵列中所有的SPAD连接同一操作电压，因此，不同的SPAD器件的过压不同，即操作电压与击穿电压的差值不同。这样会导致阵列中不同的SPAD的PDE不同，从而导致DTOF测距的误差。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种用于SPAD自校准的像素电路，以解决现有SPAD阵列中所有SPAD连接同一操作电压导致的测距误差的问题。
[0007]为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本申请提供了一种用于SPAD像素的自校准电路，其特征在于，包括：SPAD，用于接收光子；淬灭模块，所述淬灭模块的输出端口与所述SPAD连接；计数模块，与所述SPAD连接，用于统计所述SPAD接收的所述光子的数目并输出；电压调节模块，与所述计数模块连接，并根据所述计数模块的输出调节所述淬灭模块的输入端口，使得施加在SPAD上的过压保持恒定。
[0009]可选地，所述过压是预先设定的值。
[0010]可选地，所述淬灭模块是被动淬灭电路或者主动淬灭电路。
[0011]可选地，所述SPAD通过电容连接所述计数模块。
[0012]可选地，所述计数模块是同步计数器。
[0013]第二方面，本申请提供了一种用于SPAD像素的自校准方法，其特征在于，包括：
[0014]淬灭模块向SPAD施加淬灭电压；
[0015]所述SPAD接收光子；
[0016]计数模块统计所述SPAD接收所述光子产生的脉冲的数目；
[0017]电压调节模块根据所述光子的数目调节所述淬灭电压，使得SPAD工作时的过压恒定。
[0018]可选地，所述过压是预先设定的值。
[0019]可选地，所述淬灭模块是被动淬灭电路或者主动淬灭电路。
[0020]可选地，所述SPAD通过电容连接所述计数模块。
[0021]可选地，所述计数模块是同步计数器。
[0022]本申请的有益效果是：通过提供一种用于SPAD像素的自校准电路，其特征在于，包括：SPAD，用于接收光子；淬灭模块，所述淬灭模块的输出端口与所述SPAD连接；计数模块，与所述SPAD连接，用于统计所述SPAD接收的所述光子的数目并输出；电压调节模块，与所述计数模块连接，并根据所述计数模块的输出调节所述淬灭模块的输入端口，使得施加在SPAD上的过压(淬灭模块输入端口电压
‑
SPAD的击穿电压)保持恒定。这样，可以通过给每一个SPAD设置自校准电路，使得SPAD阵列中每一个SPAD像素的PDE相等，即每个SPAD接收到的有效光子数相同，避免SPAD阵列中所有SPAD连接同一操作电压导致的测距误差的问题。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为本申请实施例提供的一种探测系统示意图；
[0025]图2为本申请实施例提供光子计数统计直方图的示意图；
[0026]图3为本申请实施例提供的一种像素自校准的电路框图；
[0027]图4为本申请实施例提供的一种像素自校准的电路图；
[0028]图5为本申请实施例提供的一种SPAD像素自校准的方法流程图。
具体实施方式
[0029]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0030]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范
围。
[0031]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0032]一般地，光在极其微弱时会离散成一个个的光子，称为单光子。单光子信号由于强度微弱且粒子性显著，常规技术难以对其检测，被认为是光电探测技术的极限，DTOF技术克服了光电探测技术的难点，实现单光子检测。
[0033]DTOF，是直接根据脉冲发射和接收的时间差来测算距离。激光发射的瞬间，电子时钟被激活。光束操纵单元将脉冲引导到所需方向。脉冲从探测目标反射回来，一部分被光电探测器所接收。在响应中，与前端电子器件连接的光电探测器产生电信号，从而使时钟生效。通过测量飞行时间Δt，计算出与反射物体之间的距离d，计算式为d＝cΔt/2，其中c指光在介质中的速度。
[0034]图1为本申请实施例提供的一种探测系统示意图。如图1，示意了探测系统获取目标的基本原理，处理单元120控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SPAD像素的自校准电路，其特征在于，包括：SPAD像素，用于接收光子；淬灭模块，所述淬灭模块的输出端口与所述SPAD连接；计数模块，与所述SPAD连接，用于统计所述SPAD接收的所述光子的数目并输出；电压调节模块，与所述计数模块连接，并根据所述计数模块的输出调节所述淬灭模块的输入端口，使得施加在SPAD上的过压保持恒定。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述过压是预先设定的值。3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述淬灭模块是被动淬灭电路或者主动淬灭电路。4.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，所述SPAD通过电容连接所述计数模块。5.如权利要求1至4任一项所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷述宇，
申请(专利权)人：宁波飞芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：