一种单光子雪崩二极管型像素电路制造技术

本发明专利技术提供一种单光子雪崩二极管型像素电路，包括：多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。本发明专利技术的单光子雪崩二极管型像素电路将像素阵列划分为多个子像素阵列，各像素阵列中的像素单元共用一个时间数字转换器，可大大增加感光面积占空比，减小像素尺寸，提高图像传感器的分辨率。

Single photon avalanche diode type pixel circuit

The invention provides a single photon avalanche diode pixel circuit, which includes: a plurality of pixel array, the control signal receiving the same sub pixel array, to achievesynchronization; among them, the sub pixel array comprises a plurality of single photon avalanche diode pixel and time to digital converter, connected to the same line of single photon avalanche diodes pixel control signal, the same input output control signal, with a single photon avalanche diode pixel unit is connected with the same input column control signal, the output column control signal and output strobe signal, the output of the single photon avalanche diode pixel is connected at the same time to digital converter. Single photon avalanche diode pixel circuit of the present invention the pixel array is divided into multiple sub array of pixels, pixel units share a time to digital converter for each pixel in the array, can greatly increase the sensitive area of the duty ratio, reducing the pixel size, improve image sensor resolution.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D图像传感器领域，特别是涉及一种单光子雪崩二极管型像素电路。
技术介绍
近年来，随着机器视觉、虚拟现实、安全驾驶等领域对空间三维信息的需求，三维信息采集技术已成为当前的一大热门。基于单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode，SPAD)的渡越时间(TimeofFlight，TOF)技术测量三维信息具有测量直接、结构简单、实现方便等优点。因而，对单光子雪崩二极管型像素的研究工作具有重要意义。2014年，西班牙的Vornicu等人提出了一种基于单光子雪崩二极管的3D图像传感器。如图1所示，所述3D图像传感器包括64*64的像素阵列，锁相环、接口及电源模块、行译码器、控制信号模块、启动信号模块及数据串行模块。如图2所示，各像素结构包括探测器1、时间数字转换器2(TimetoDigitalConverter，TDC)和存储器3三个部分；其中，所述探测器1由单光子雪崩二极管感光单元和主动式淬火复位电路组成；所述时间数字转换器2由环形振荡器、纹波计数器、编码器组成。由图1的像素结构示意图可以看出，所述时间数字转换器2部分的面积远大于所述探测器1部分的面积，这就会造成单光子雪崩二极管感光区域面积占整个像素面积的比例非常小，即占空比很小；同时，由于所述时间数字转换器2在像素里，像素的面积就会很大，整个3D图像传感器阵列的分辨率就会很小，而消耗的面积会很大；此外，利用环形振荡器结构的时间数字转换器在时间分辨率上不会很高。因此，如何提高单光子雪崩二极管感光区域的占空比，减小像素尺寸，提高3D图像传感器的分辨率已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种单光子雪崩二极管的淬火复位电路，用于解决现有技术中单光子雪崩二极管的淬火复位电路的节点产生振荡，进而引起错误状态，影响实际使用中的操作性等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种单光子雪崩二极管型像素电路，所述单光子雪崩二极管型像素电路至少包括：多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。优选地，所述子像素阵列包括4列单光子雪崩二极管型像素单元。优选地，所述子像素阵列中同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一复位信号。优选地，所述单光子雪崩二极管型像素单元包括单光子雪崩二极管、复位模块、输入选通模块、淬火模块及输出选通模块；所述单光子雪崩二极管的阴极连接设定电位，所述设定电位小于电源电压与所述单光子雪崩二极管的临界雪崩电压之和；所述复位模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，通过外部复位信号将所述单光子雪崩二极管的阳极复位至高电平，以使所述单光子雪崩二极管处于稳定状态；所述输入选通模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，用于将所述单光子雪崩二极管的阳极拉至低电位，以选中所述单光子雪崩二极管型像素单元；所述淬火模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，当所述单光子雪崩二极管发生雪崩后将所述单光子雪崩二极管的反偏电压减小到临界雪崩电压之下；所述输出选通模块连接于所述淬火模块的输出端，用于选中所述单光子雪崩二极管型像素单元，以读出所述单光子雪崩二极管型像素单元中的信号。更优选地，所述复位模块包括第一PMOS管，所述第一PMOS管的漏端连接所述单光子雪崩二极管的阳极、栅端连接外部复位信号、源端连接电源电压。更优选地，所述输入选通模块包括第一NMOS管及第二NMOS管，所述第一NMOS管的漏端连接所述单光子雪崩二极管的阳极、栅端连接输入行控制信号、漏端连接所述第二NMOS管的漏端，所述第二NMOS管的栅端连接输入列控制信号、源端接地。更优选地，所述淬火模块包括：第三NMOS管、第四NMOS管、第二PMOS管及反相器；所述第三NMOS管的漏端及栅端连接所述单光子雪崩二极管的阳极；所述反相器的输入端连接所述单光子雪崩二极管的阳极；所述第四NMOS管的漏端连接所述第三NMOS管的源端、栅端连接所述反相器的输出端、源端接地；所述第二PMOS管的漏端连接所述单光子雪崩二极管的阳极、栅端连接所述反相器的输出端、源端连接电源电压。更优选地，所述输出选通模块包括：第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管及传输门；所述第三PMOS管的源端连接电源电压、栅端连接所述淬火模块的输出端、漏端连接所述第四PMOS管的源端；所述第四PMOS管的栅端连接输出行控制信号、漏端连接所述第五PMOS管的源端；所述第五PMOS管的栅端连接输出列控制信号、漏端连接所述第五NMOS管的漏端；所述第五NMOS管的栅端连接输出行控制信号、源端连接所述第六NMOS管的漏端；所述第六NMOS管的栅端连接输出列控制信号、源端接地；所述传输门连接所述第五PMOS管及所述第五NMOS管的漏端，控制端连接输出选通信号。如上所述，本专利技术的单光子雪崩二极管型像素电路，具有以下有益效果：本专利技术的单光子雪崩二极管型像素电路通过多个像素单元共用一个时间数字转换器，可大大增加感光面积占空比，减小像素尺寸，提高图像传感器的分辨率。附图说明图1显示为现有技术中的3D图像传感器的结构示意图。图2显示为现有技术中的单光子雪崩二极管型像素电路的结构示意图。图3显示为本专利技术的单光子雪崩二极管型像素电路的结构示意图。图4显示为本专利技术的单光子雪崩二极管型像素单元的结构示意图。图5显示为本专利技术的单光子雪崩二极管型像素单元的波形示意图。元件标号说明1探测器2时间数字转换器3存储器4子像素阵列41单光子雪崩二极管型像素单元411复位模块412输入选通模块413淬火模块414输出选通模块42时间数字转换器具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图3～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图3所示，本专利技术提供一种单光子雪崩二极管型像素电路，所述单光子雪崩二极管型像素电路1至少包括：多个子像素阵列4，各子像素阵列4接收相同的控制信号，实现同步工作。如图3所示，在本实施例中，所述子像素阵列4设定为(n+1)个。所述子像素阵列4包括：多个单光子雪崩二极管型像素单元41及时间数字转换器42，同一行单光子雪崩二极管型像素单元41连接同一输入行控制信号、输出行控制信号及复位信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元41连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单光子雪崩二极管型像素电路，其特征在于，所述单光子雪崩二极管型像素电路至少包括：多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。

【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩二极管型像素电路，其特征在于，所述单光子雪崩二极管型像素电路至少包括：多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。2.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管型像素电路，其特征在于：所述子像素阵列包括4列单光子雪崩二极管型像素单元。3.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管型像素电路，其特征在于：所述子像素阵列中同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一复位信号。4.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管型像素电路，其特征在于：所述单光子雪崩二极管型像素单元包括单光子雪崩二极管、复位模块、输入选通模块、淬火模块及输出选通模块；所述单光子雪崩二极管的阴极连接设定电位，所述设定电位小于电源电压与所述单光子雪崩二极管的临界雪崩电压之和；所述复位模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，通过外部复位信号将所述单光子雪崩二极管的阳极复位至高电平，以使所述单光子雪崩二极管处于稳定状态；所述输入选通模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，用于将所述单光子雪崩二极管的阳极拉至低电位，以选中所述单光子雪崩二极管型像素单元；所述淬火模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，当所述单光子雪崩二极管发生雪崩后将所述单光子雪崩二极管的反偏电压减小到临界雪崩电压之下；所述输出选通模块连接于所述淬火模块的输出端，用于选中所述单光子雪崩二极管型像素单元，以读出所述单光子雪崩二极管型像素单元中的信号。5.根据权利要求4所述的单光子雪崩二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，黄景林，章琦，汪宁，田犁，叶汇贤，黄尊恺，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31