[发明专利]一种适用于SPAD面阵阵列的事件驱动型读出架构

说明书

本发明公开了一种适用于SPAD面阵阵列的事件驱动型读出架构。其包括SPAD探测器阵列、地址数据产生电路、事件标识电路和数据读出电路；SPAD探测器阵列用于探测光子并产生时间数据；地址数据产生电路用于对一帧中每个像素的时间数据进行寻址产生地址选择信号，并记录当前地址信息产生地址数据；事件标识电路产生事件标识位，用于判断当前像素在一个探测周期内是否探测到光子，并为数据读出电路提供是否读取当前时间数据的判断依据；数据读出电路依据事件标识位判断结果，对当前时间数据进行舍弃或读出，且读出过程中将地址数据与时间数据组合输出。本发明的架构具备数据筛选和处理功能，能较大程度减少无效数据输出，提升有效数据传输带宽。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种适用于SPAD面阵阵列的事件驱动型读出架构，可广泛应用于激光雷达SPAD芯片领域。

背景技术

基于单光子雪崩二极管(SPAD)面阵三维成像的固态激光雷达具有成像分辨率高、抗干扰性强、体积小、重量轻等优势，近年来受到了广泛关注。SPAD面阵阵列芯片广泛采用时钟驱动型读出架构。在时钟驱动型读出架构中，每个像素由独立的SPAD探测器和TDC电路构成，SPAD探测器工作的门限控制、TDC电路的计时功能以及数据的缓存读出均按照固定的时序进行，每个像素产生的数据均由周期性的同步信号驱动读出，读出的数据存在严格的帧频概念，即每读完一次面阵的完整数据记为一帧图像。时钟驱动型读出架构中，由于每帧数据的读出都需要遍历整个芯片阵列，所以数据的空间坐标信息可以先验的通过数据输出顺序获得，但无论单帧探测到多少个光子，均将整个阵列的数据进行读出，因此在探测得点率较低的情况下，读出数据中存在较多的无效数据。而实际工作中，SPAD探测器通常处于低照度条件下，因此每帧数据中存在较多没有产生光子触发的无效数据。

综上，针对SPAD面阵读出数据中存在过多无效数据的问题，亟需一种适用于SPAD面阵的事件驱动型读出架构，在兼容时钟驱动型读出电路的同时，减少读出数据量，提升有效数据传输带宽，实现三维图像高效的处理和还原。

发明内容

本发明针对现有SPAD面阵阵列时钟驱动型读出架构中存在读出过多无效数据的问题，提出一种适用于SPAD面阵阵列的事件驱动型读出架构。

本发明采用的技术方案为：

一种适用于SPAD面阵阵列的事件驱动型读出架构，包括SPAD探测器阵列、地址数据产生电路、事件标识电路以及数据读出电路；所述SPAD探测器阵列用于探测光子并产生时间数据，一帧时间数据中包括记录光子飞行时间的有效数据和未被光子触发产生的无效数据；所述地址数据产生电路用于对一帧中每个像素的时间数据进行寻址产生地址选择信号，并且记录当前地址信息产生地址数据；所述事件标识电路产生事件标识位，用于判断当前像素在一个探测周期内是否探测到光子，并为数据读出电路提供是否读取当前时间数据的判断依据；所述数据读出电路依据事件标识位判断结果，对当前时间数据进行舍弃或者读出，且读出过程中将地址数据与时间数据组合输出。

进一步地，所述事件标识电路采用D触发器，D触发器的数据输入端接高电平，触发输入端接SPAD探测器阵列的脉冲输出端，复位端接复位信号，输出端输出事件标识位；所述事件标识位由SPAD探测器阵列的脉冲输出端信号决定，当SPAD探测器阵列探测到光子时，其脉冲输出端输出脉冲信号，控制所述D触发器输出事件标识位为“1”；当SPAD探测器阵列未探测到光子时，其脉冲输出端无脉冲信号输出，所述D触发器输出事件标识位为“0”。

进一步地，所述事件标识电路包括电容、电阻与MOS管，电容一端接电阻到地，另一端同时串联第一MOS管的源漏到电源、串联第二MOS管的源漏到地，作为事件标识位输出，第一MOS管的栅极接SPAD探测器阵列的脉冲输出端，第二MOS管的栅极接复位信号；复位信号持续一段时间高电平，开启第二MOS管，将事件标识位置为“0”，当SPAD探测器阵列未探测到光子数，其脉冲输出端无脉冲信号输出，事件标识位始终为“0”；当SPAD探测器阵列探测到光子时，其脉冲输出端输出脉冲信号，开启第一MOS管，将电容充电至高电平，事件标识位为“1”。