[发明专利]单光子雪崩二极管（SPAD）微单元阵列及其操作方法

说明书

本公开的实施例总体上涉及单光子雪崩二极管(SPAD)微单元阵列及其操作方法。一种数字光检测器，包括时钟信号发生器，其被配置为生成时钟信号，该时钟信号由以预先确定的频率生成的时钟脉冲组成；单光子雪崩二极管(SPAD)，其被配置为响应于接收到光子而接通并且生成雪崩电流，该SPAD包括内部耦合在阳极端子与阴极端子之间的内部电容器；以及主动抑制‑再充电电路，其由时钟信号触发。该主动抑制‑再充电电路被配置为基于时钟信号而被激活和停用，其中主动抑制‑再充电电路被配置为在激活主动抑制‑再充电电路的条件下，为内部电容器再充电，并且其中主动抑制‑再充电电路被配置为在停用主动抑制‑再充电电路的条件下，使内部电容器放电。

技术领域

本公开总体上涉及光电检测器阵列，更具体地涉及一种单光子雪崩二极管(SPAD)微单元阵列。

背景技术

光检测和测距(LIDAR)是一种遥感方法，其使用脉冲激光形式的光来测量与视场中一个或多个物体相距的范围(可变距离)。具体地，光朝向物体传输。单个光电检测器或光电检测器阵列接收来自被光照射的物体的反射，并且确定反射到达光电检测器阵列中各种传感器所花费的时间。这也称为测量飞行时间(ToF)。LIDAR系统形成深度测量，并且通过基于飞行时间计算将距离映射到物体进行距离测量。因此，飞行时间计算可以创建可以用于生成图像的距离图和深度图。

光电检测器阵列生成模拟电信号，该模拟电信号需要转换为数字域，以便执行ToF测量。例如，ADC可以用于信号检测和ToF测量。在这种情况下，每个ADC可以用来检测来自一个或多个光电二极管的模拟电信号，以使用适当算法估计开始信号(即，与传输的光脉冲的时间相对应)与停止信号(即，与在ADC处接收模拟电信号的定时相对应)之间的时间间隔。另外，在ADC接收到模拟电信号之前，电信号可以通过跨阻放大器(TIA)，该跨阻放大器将模拟电信号从例如电流转换为电压。因此，使用典型光电检测器阵列的LIDAR接收器需要TIA和ADC来获取LIDAR传感器数据并且执行ToF测量。最终需要更多功率，并且导致测量精度降低以及响应时间变慢。

因此，可能期望一种可以用于LIDAR接收器系统的数字光电检测器阵列。

发明内容

一个或多个实施例提供了一种数字光检测器，包括时钟信号发生器，其被配置为生成时钟信号，该时钟信号具有以预先确定的频率生成的时钟脉冲；单光子雪崩二极管(SPAD)，其被配置为响应于接收到光子而接通并且生成雪崩电流，该SPAD包括阳极端子、阴极端子、以及内部耦合在阳极端子与阴极端子之间的内部电容器；以及主动抑制-再充电电路，其由时钟信号触发。该主动抑制-再充电电路被配置为基于时钟信号而被激活和停用，其中主动抑制-再充电电路被配置为在激活主动抑制-再充电电路的条件下为内部电容器再充电，并且其中主动抑制-再充电电路被配置为在停用主动抑制-再充电电路的条件下使内部电容器放电。

一个或多个实施例提供一种数字光检测器的操作方法。该方法包括：提供偏置电压电位；生成时钟信号，该时钟信号具有以预先确定的频率生成的时钟脉冲；响应于接收到光子而接通单光子雪崩二极管(SPAD)并且生成雪崩电流，其中该SPAD包括阳极端子、阴极端子、以及内部耦合在阳极端子与阴极端子之间的内部电容器；基于时钟信号来控制主动抑制-再充电电路的激活状态；在激活主动抑制-再充电电路的条件下，为内部电容器充电；以及在停用主动抑制-再充电电路的条件下，使内部电容器放电。