基于门控单光子计数的时间数字转换器系统技术方案

本公开提供了一种基于门控单光子计数的时间数字转换器系统，包括：锁相环，用于将输入的系统时钟信号倍频产生第一时钟信号；全局门控信号生成模块，响应于接收第一时钟信号生成M个第一门控信号和激光同步触发信号，第一门控信号被配置成与下一个第一门控信号交叠P个第一时钟信号的周期，每个第一门控信号的信号宽度为第一时钟信号的周期的M倍；激光同步触发信号适用于控制第一激光脉冲发出的时间，其中M为大于1的正整数，P为大于等于1的正整数；时间数字转换器阵列，适用于根据第一门控信号和第一时钟信号对第二激光脉冲信号进行门控计数，得到单光子在时间上的第一统计分布；第一激光脉冲信号经目标反射后得到第二激光脉冲信号。冲信号。冲信号。

【技术实现步骤摘要】
基于门控单光子计数的时间数字转换器系统


[0001]本公开涉及基于单光子雪崩二极管的直接飞行时间测量三维成像领域
，尤其涉及一种基于门控单光子计数的时间数字转换器系统。

技术介绍

[0002]三维成像可用于物体识别，行为识别，场景建模等应用。目前常用的3D成像技术有结构光、双目立体视觉和飞行时间(TOF)测量等。相比于传统的三维成像方式，如结构光，双目视觉等，直接计算光源发出的激光脉冲到传感器探测到反射信号的时间差的直接飞行时间测量(D
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TOF)技术有着巨大的优势。基于飞行时间原理的图像传感器技术由于其在人脸识别、车载雷达、3
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D游戏等领域的应用而备受关注，并随着CMOS技术的推动逐渐向着低成本、高性能的方向发展。
[0003]直接飞行时间的测量通常需要使用时间
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数字转换器(TDC)，传统的时间数字转换器通常为单事件触发模式，即一次测量只能记录一次事件，转换效率低，且会导致严重的堆叠失真效应，影响测量精度；由于TDC电路本身不具有区分信号与噪声的能力，且探测到的激光信号回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于门控单光子计数的时间数字转换器系统，包括：锁相环，用于将输入的系统时钟信号倍频产生第一时钟信号；全局门控信号生成模块，响应于接收所述第一时钟信号生成M个第一门控信号和激光同步触发信号，所述第一门控信号被配置成与下一个第一门控信号交叠P个所述第一时钟信号的周期，以及使每个所述第一门控信号的信号宽度为第一时钟信号的周期的M倍；所述激光同步触发信号适用于控制第一激光脉冲发出的时间，以获得激光发出的时刻信息，其中M为大于1的正整数，P为大于等于1的正整数；时间数字转换器阵列，包括多个时间数字转换器，每个所述时间数字转换器均适用于根据第一门控信号和所述第一时钟信号对第二激光脉冲信号进行门控计数，以便得到单光子在时间上的第一统计分布；其中，所述第一激光脉冲信号经目标反射后得到所述第二激光脉冲信号。2.根据权利要求1所述的时间数字转换器系统，每个所述时间数字转换器均包括：缓存模块，响应于所述第一时钟信号的输入将输入的M个第一门控信号进行重新定时以得到M个第二门控信号；可配置计数器阵列，包括M个计数器组件，每个所述计数器组件适用于接收一个所述第二门控信号对所述第二激光脉冲信号进行门控计数。3.根据权利要求2所述的时间数字转换器系统，每个所述时间数字转换器阵列还包括：寻峰模块，用于对所述计数器阵列得到的单光子数的数值进行比较，得到最大光子数值所在的门控信号的地址。4.根据权利要求3所述的时间数字转换器系统，每个所述时间数字转换器还包括：数字控制模块，用于根据将外部输入的采样模式控制指令生成模式选择信号；第一模式门控信号生成模块，响应于所述模式选择信号根据第一最大门控信号生成2M个第三门控信号，每个所述第三门控信号的信号宽度为M/8个所述第一时钟信号的周期，相邻的第三门控信号交叠P/2的第一时钟的周期，其中，第一最大门控信号是由所述寻峰模块对所述第一统计分布进行比较得到的；多级门控同步模块，适用于响应于所述模式选择信号，根据所述第一时钟信号将所述第二门控信号和所述第三门控信号进行时钟重新定时以使所述第三门控信号的上升沿与所述第二门控信号的上升沿对齐；其中，所述计数器组件适用于根据对齐后的第三门控信号对第二激光脉冲信号进行计数，得到第二统计分布。5.根据权利要求4所述的时间数字转换器系统，还包括：延迟锁相环，响应于接收所述第一时钟信号将所述第一时钟信号进行多级延时，以输出用于控制延时单元进行延时操作的控制电压；每个所述时间数字转换器还包括：第二模式门控信号生成模块，响应于接收所述模式选择信号将第二最大门控信号输入至4M级延长复制链电路，所述4M级延长复制链电路在所述控制电压的作用下输出4M个延迟信号，4M个...

【专利技术属性】
技术研发人员：田娜，刘力源，杨旭，于双铭，窦润江，王哲，沈鑫宇，刘剑，吴南健，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：