光传感器制造技术

本公开的实施例涉及光传感器。一种光传感器包括：集成电路芯片，包括包含有多个像素的像素阵列，像素中的每个像素包括至少一个单光子雪崩二极管；和升压DC/DC转换器，被配置为向每个像素的单光子雪崩二极管递送偏置电位，偏置电位被配置为将每个单光子雪崩二极管置于盖革模式；转换器包括：电感元件，将被配置为接收第一电源电位的节点耦接到中间节点；第一开关，将中间节点耦接到参考电位；第二开关，将中间节点耦接到被配置为递送所述偏置电位的输出节点；和控制电路，被配置为控制第一开关的切换；其中转换器的电感元件、第一和第二开关均布置在集成电路芯片的外部，以及控制电路形成所述集成电路芯片的一部分。成所述集成电路芯片的一部分。成所述集成电路芯片的一部分。

【技术实现步骤摘要】
光传感器


[0001]本公开一般涉及电子电路，更具体地，涉及光传感器，例如飞行时间传感器。

技术介绍

[0002]包括单光子雪崩二极管(SPAD)的光传感器是已知的。这样的传感器，例如飞行时间传感器，包括像素阵列，其中阵列中的每个像素包括至少一个SPAD，并且例如被称为SPAD像素或单光子雪崩二极管像素。该像素阵列在集成电路芯片的内部和顶部实现，该芯片由
[0003]半导体层实现。传感器的其他电路，例如像素驱动电路和/或像素读出电路，通常与像素阵列实现在同一集成电路芯片中。
[0004]如本领域技术人员所熟知的，为了检测单光子，SPAD必须首先被偏置大于其击穿电压的电位。确定该偏置电位，以使二极管PN结中的电场足够高，以便当SPAD接收到光子并引起产生电荷载流子时，
[0005]将该电荷载流子注入到SPAD的耗尽区以触发SPAD中的雪崩现象。二极管的这种工作模式在文献中称为盖革模式。
[0006]存在各种解决方案来生成此偏置电位并将其递送到传感器像素阵列的SPAD。然而，这些已知的解决方案都具有缺点。
[0007]需要一种包括集成电路芯片的光传感器，该芯片包括SPAD像素阵列，其中用于将SPAD偏置到它们的击穿电压之上的电位的产生解决了已知光传感器的至少一些缺点。

技术实现思路

[0008]根据本技术，可以克服已知光传感器、例如包括SPAD像素阵列的已知光传感器的全部或部分缺点，有助于实现以下优点：将SPAD偏置到它们的击穿电压之上的电位。
[0009]一个实施例提供了一种包括集成电路芯片和升压DC/DC转换器的光传感器，其中：集成电路芯片包括包含有多个像素的像素阵列，多个像素中的每个像素包括至少一个单光子雪崩二极管；升压DC/DC转换器，被配置为向所述每个像素的单光子雪崩二极管递送偏置电位，其中所述偏置电位被配置为将每个单光子雪崩二极管置于盖革模式；升压DC/DC转换器包括：电感元件，将被配置为接收第一电源电位的节点耦接到中间节点；第一开关，将中间节点耦接到参考电位；第二开关，将中间节点耦接到输出节点，输出节点被配置为递送所述偏置电位；和控制电路，被配置为控制第一开关的切换，转换器的电感元件、第一开关和第二开关均布置在集成电路芯片的外部，并且其中控制电路形成所述集成电路芯片的一部分。
[0010]根据一个实施例，第二开关是二极管。
[0011]根据一个实施例，升压DC/DC转换器还包括第一电容元件，其将输出节点耦接到参考电位，第一电容元件布置在集成电路芯片的外部。
[0012]根据一个实施例，输出节点连接到集成电路芯片的输入端子。
[0013]根据一个实施例，集成电路芯片的输入端子耦接、优选地连接到控制电路的输入。
[0014]根据一个实施例，集成电路芯片的输入端子被耦接到像素阵列，以使输入端子上的电位被供应到集成电路芯片的像素阵列的每个单光子雪崩二极管。
[0015]根据一个实施例，偏置电位具有的目标值大于15V，优选地大于或等于20V。
[0016]根据一个实施例，传感器包括飞行时间捕获光传感器。
[0017]根据一个实施例，升压DC/DC转换器的第一开关的控制端子连接到集成电路芯片的输出端子。
[0018]根据一个实施例，控制电路的输出耦接、优选地连接到集成电路芯片的输出端子。
[0019]根据一个实施例，升压DC/DC转换器还包括第二电容元件，其将被配置为接收第一电源电位的节点耦接到参考电位，第二电容元件布置在集成电路芯片的外部。
[0020]根据一个实施例，集成电路芯片包括被配置为接收参考电位的端子。
[0021]根据一个实施例，升压DC/DC转换器还包括在被配置为接收所述第一电源电位的节点与所述中间节点之间、与所述电感元件串联的电阻，电阻布置在所述集成电路芯片的外部，并且集成电路芯片包括两个端子，每个端子连接到电阻器的不同端且连接到控制电路。
[0022]根据一个实施例，光传感器包括基板，基板具有集成电路芯片和转换器的组件，这些组件布置在集成电路芯片的外部并被组装在其上，支撑件包括导电轨道，导电轨道被配置为将芯片和传感器布置在集成电路芯片外部的组件连接在一起。布置在芯片外部并组装在支撑件上的转换器组件例如包括第一和第二开关以及电感元件。
[0023]根据一个实施例，光传感器还包括基板支撑件，所述基板支撑件具有所述集成电路芯片和所述升压DC/DC转换器的组件，所述组件布置在所述集成电路芯片的外部并被组装在所述集成电路芯片上，所述基板支撑件包括导电轨道，所述导电轨道被配置为电连接所述集成电路芯片和所述升压DC/DC变换器的布置在所述集成电路芯片外部的所述组件。
[0024]根据一个实施例，所述光传感器还包括：被组装在所述支撑件上的保护封装体；被组装在支撑件上的至少一个光源，其中集成电路芯片、升压DC/DC转换器的电感元件、升压DC/DC转换器的第一和第二开关、以及所述至少一个光源被包封在所述封装体中，并且传感器形成即插即用模块。
附图说明
[0025]上述特征和优点，以及其他，将在下面结合附图以举例说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中进行详细描述，其中：
[0026]图1至少部分以块的形式示意性地示出了光传感器的实施例；
[0027]图2示意性地示出了包括单光子雪崩二极管的像素的示例；
[0028]图3至少部分地以块的形式示意性地示出了图1的传感器的电路的示例；和
[0029]图4至少部分以块的形式示意性地显示了图1的传感器的替代实施例。
具体实施方式
[0030]在各图中，相同的特征由相同的参考标记表示。具体而言，各实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的参考，并且可以布置相同的结构、尺寸和材料属性。
[0031]为清晰起见，仅详细说明和描述了对理解本文所述实施例有用的步骤和元素。具
体而言，各种已知的SPAD像素并未全部被描述，本描述适用于所有这些已知的SPAD像素。类似地，并未全部详述控制开关模式电源升压转换器(“SMPS升压转换器”)的切断开关的常用方法以及实现这些常用控制方法的常用控制电路，本说明书适用于这些常用控制方法和这些常用控制电路。
[0032]在以下描述中，除非另有说明，每个电位例如指相同的参考电位，例如地GND，并且同一节点的电位具有与该节点和参考电位节点之间的电压相同的值。
[0033]除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体的外部没有任何中间元件的直接连接，而当提及连接在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或可以通过一个或多个其他元件连接。
[0034]在以下披露中，除非另有说明，当提及绝对位置限定符时、例如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等，或相对位置限定词、例如“以上”、“以下”、“上方”、“下方”等，或方向限定词、如“水平”、“垂直”等，参考图中所示的方向。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光传感器，其特征在于，所述光传感器包括：集成电路芯片，包括包含有多个像素的像素阵列，所述多个像素中的每个像素包括至少一个单光子雪崩二极管；和升压DC/DC转换器，被配置为向所述每个像素的单光子雪崩二极管递送偏置电位，其中所述偏置电位被配置为将每个单光子雪崩二极管置于盖革模式；其中所述升压DC/DC转换器包括：电感元件，将被配置为接收第一电源电位的节点耦接到中间节点；第一开关，将所述中间节点耦接到参考电位；第二开关，将所述中间节点耦接到输出节点，所述输出节点被配置为递送所述偏置电位；和控制电路，被配置为控制所述第一开关的切换；其中所述升压DC/DC转换器的所述电感元件、所述第一开关和所述第二开关均布置在所述集成电路芯片的外部，以及其中所述控制电路形成所述集成电路芯片的一部分。2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述第二开关为二极管。3.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述升压DC/DC转换器还包括第一电容元件，所述第一电容元件将所述输出节点耦接到所述参考电位，所述第一电容元件布置在所述集成电路芯片的外部。4.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述输出节点连接到所述集成电路芯片的输入端子。5.根据权利要求4所述的光传感器，其特征在于，所述集成电路芯片的所述输入端子耦接到所述控制电路的输入。6.根据权利要求4所述的光传感器，其特征在于，所述集成电路芯片的所述输入端子被耦接到所述像素阵列，以使所述输入端子的电位被供应到所述集成电路芯片的所述像素阵列的每个单光子雪崩二极管。7.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述偏置电位具有的目标值大于15V。8.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述偏置电位具有的目标值大于或等于20V。9.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述光传感器包括飞行时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：X，
申请(专利权)人：意法半导体ALPS有限公司，
类型：新型
国别省市：