QVGA CMOS激光雷达传感器，采用仅基于nMOS的SPAD模拟前端技术，同时具备高效面积利用的优先级直方图TDC（Time-to-Digital Conversion）功能

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：QVGA CMOS LiDAR Sensor With nMOS-Only SPAD Analog Front-End and Area-Efficient Priority Histogramming TDC

　　

摘要：

本文介绍了一种高分辨率（HR）CMOS光检测和测距（LiDAR）传感器，该传感器能够生成四分之一视频图形阵列（QVGA）深度图像。为了支持高像素密度，该传感器采用了紧凑型6晶体管（6-T）nMOS单光子雪崩二极管（SPAD）模拟前端（AFE），并配备了列共享的主动充电电路。文中提出了一种两步直方图化时间数字转换器（hTDC）与优先级内存（PM）相结合的架构，以最小化内存使用量。优先级内存策略仅将额外内存分配给可能包含信号回波的直方图区间，从而使得hTDC与传统两步实现相比内存使用量减少了51%，每个通道仅需188比特。该传感器支持两种像素配置：一种是合并模式，通过结合8个SPAD生成具有较高灵敏度的图像；另一种是高分辨率模式，每个宏像素使用2个SPAD生成全分辨率图像。 原型芯片采用110纳米背照式（BSI）CMOS图像传感器（CIS）工艺制造。在HR模式下，该传感器每秒可生成10帧深度图像；在合并模式下，每秒可生成40帧深度图像。在100 klx的环境光条件下，该传感器在42米距离处的深度误差最大为5.7厘米，深度精度为0.2%。