[发明专利]用于确定光子的飞行时间的直方图读出方法和电路

说明书

描述了一种直方图读出电路。所述读出电路包括时间数字转换器(TDC)，其被配置成不断地报告限定激光时钟的到达时间和从光传感器输出的信号的时间戳。提供存储器用于存储TDC事件。可编程处理器被配置成实现状态机，状态机可操作以执行如下操作：在检测到TDC事件时保存时间戳；确定由所述光传感器检测的光子中的每一者的所述飞行时间；使用每个计算的飞行时间来寻址存储器位置；使用所述存储器位置作为时间箱来创建TDC数据值的直方图；以及将指针维持到最高数量的TDC事件所在的最大存储器位置。计算器可操作以读取所述最大存储器位置和任一侧的一个或多个相邻时间箱的值以进行处理。

技术领域

本发明涉及用于确定光子的飞行时间的直方图读出方法和电路。本公开还涉及光子检测器。具体地，本公开涉及高灵敏度光子检测器，诸如半导体光电倍增器。具体地，但非排他地，本公开涉及在激光测距[LIDAR]应用中使用的半导体光电倍增器(SiPM或SPM)。

背景技术

时间数字转换器(TDC)可以被认为是非常高精度的计数器/计时器，其可以将事件的时间记录到子Ins分辨率。TDC可以用于测量光子从激光脉冲到目标并返回到光传感器的飞行时间。由TDC提供的数字时间用作访问对应存储器位置的地址。每个存储器位置对应于等于TDC的最低有效位的时间段。该存储器位置随后递增。多次测量将导致在存储器中构建直方图。直方图读出技术常规上涉及周期性地将所有读出的内容从存储器流式传输到计算机。计算机随后将分析数据以确定峰值的位置。为了确定范围，计算机选择感兴趣的区域(峰值区域)并进行高斯拟合以确定真实峰值。这种技术非常耗时，需要流式传输大量数据并且随后实施复杂的计算。在快速应用中，使用这种技术所花费的时间是不可接受的。

因此，需要提供用于确定光子的飞行时间的直方图读出方法和电路，其解决现有技术的缺点中的至少一些。

发明内容

本公开涉及直方图读出电路，其包括：

时间数字转换器(TDC)，其被配置成在检测到TDC事件时报告时间戳；

用于存储TDC事件的存储器；

可编程处理器，其被配置成实现状态机；所述状态机可操作以执行如下操作：

在检测到TDC事件时保存时间戳；

确定光子的飞行时间；

使用每个计算的飞行时间来寻址存储器位置；

使用所述存储器位置作为时间箱来创建TDC事件的直方图；

将指针维持到最高数量的TDC事件所在的最大存储器位置；以及

计算器，其可操作以读取所述最大存储器位置和一个或多个相邻时间箱的值以进行处理。

在一个方面，所述存储器包括第一存储器模块和第二存储器模块。

在另一方面，所述第一存储器模块和所述第二存储器模块中的一者用于构建直方图，而所述第一存储器模块和所述第二存储器模块中的另一者的内容被清除。

在示例性方面，所述状态机维持至少一个标志，所述至少一个标志指示在构建直方图期间所述第一存储器模块和所述第二存储器模块中的哪一者是有效的，而所述第一存储器模块和所述第二存储器模块中的另一者是无效的。

在其他方面，所述状态机跟踪至少两个变量。

在一个方面，所述至少两个变量包括峰值指针和峰值。

在另一方面，所述状态机读取所述时间箱的内容并使地址递增以生成新的时间箱地址。

在其他方面，所述新的时间箱值与所述峰值指针的当前时间箱值进行比较。