基于内置时钟的低功耗高精度SPAD阵列读出电路

摘要：

SPAD阵列的规模不断扩大对读出电路(Read-out Integrated Circuit,ROIC)提出了更高的要求,时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)是ROIC的核心电路,完成对光子飞行时间(Time-of-Flight,TOF)高精度量化.为避免大规模阵列中高频时钟信号长距离走线而引起的串扰和噪声干扰,抑制初相误差引起的检测精度退化,设计了一种基于内置时钟的ROIC阵列电路,阵列像素间距均为 100 μm,内置于各像素内的门控环形振荡器(Gated Ring Oscillator,GRO)独立提供像素TDC所需的高频分相时钟信号,各像素GRO均由像素外置锁相环(Phase Locked Loop,PLL)产生的压控信号控制.由于采用一种基于事件驱动的检测策略,只量化光子事件有效触发的TOF,有效降低了系统功耗.该芯片采用TSMC 0.18 μm 1.8 V标准CMOS工艺制造,测试结果表明:TDC的时间分辨率和量程分别为 102 ps和 100 ns,微分非线性DNL低于 0.8 LSB,积分非线性INL低于 1.3 LSB,系统功耗小于59.3 mW.

关键词：时间数字转换器、光子飞行时间、门控环形振荡器、锁相环、单光子雪崩光电二极管

所属期刊栏目：52

分类号：TN492(微电子学、集成电路（IC）)

在线出版日期：2023-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：106-117