[發明專利]一種測量飛行時間的方法和時間數字轉換器

在審

• 申請號: 202011039755.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN114280912A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 雷述宇
• 申請（專利權）人: 寧波飛芯電子科技有限公司
• 主分類號: G04F10/00
• 分類號: G04F10/00;G01S7/4865;G01S17/08;G01S17/894
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請實施例提供了一種時間數字轉換器，其特征在于，包括：基于第一時鐘的統計模塊，用于統計所述時間數字轉換器的輸入信號所在的第一時間區間；和基于第二時鐘的測量模塊，用于測量所述輸入信號在所述第一時間區間的第一時刻。通過將測量的距離分為多個時間區間，僅僅通過一次統計和一次測量得到飛行時間，相比傳統的一次測量方式，節約了TDC的數據資源。因此，在一定程度上可以減小數據的傳輸數量。

技術領域

本申請涉及探測技術領域，特別涉及一種測量飛行時間的方法和時間數字轉換器。

背景技術

飛行時間測距法(Time of flight，TOF)，其原理是通過給目標物連續發送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行(往返)時間來得到目標物距離。而直接飛行時間探測(Direct Time of flight，DTOF)作為TOF的一種，DTOF技術通過計算光脈沖的發射和接收時間，直接獲得目標距離，具有原理簡單，信噪比好、靈敏度高、精確度高等優點，受到了越來越廣泛的關注。也就是說，直接飛行時間探測通過直接測量發射輻射與從物體或其他目標反射后檢測輻射之間的時間長度，確定到目標的距離。

在一些應用中，可以使用包括單光子檢測器(例如單光子)在內的光電探測器陣列來執行反射輻射的感測雪崩二極管(SPAD)陣列。一個或多個光電探測器可以限定陣列的探測器像素。SPAD陣列可以在可能需要高靈敏度和定時分辨率的成像應用中用作固態光電探測器。SPAD基于半導體結(例如，p-n結)，例如，當通過或響應于具有期望脈沖寬度的選通信號而被偏置到其擊穿區域之外時，該半導體結可以檢測入射光子。高的反向偏置電壓會產生足夠大小的電場，從而使引入器件耗盡層的單個電荷載流子可以通過碰撞電離引起自持雪崩。可以通過淬火電路主動(例如，通過降低偏置電壓)或被動地(例如，通過使用串聯電阻兩端的壓降)對雪崩進行淬火，以使設備“復位”以進一步檢測光子。起始電荷載流子可以通過單個入射光子撞擊高電場區域而光電產生。正是這一功能使人們產生了“單光子雪崩二極管”的名稱。這種單光子檢測操作模式通常稱為“蓋革模式”。

為了計數入射在SPAD陣列上的光子，某些ToF像素方法可能使用數字計數器或模擬計數器來指示光子的檢測和到達時間，也稱為時間戳。數字計數器可能更易于實現和擴展，但是就面積而言(例如，相對于陣列的物理尺寸而言)可能更昂貴。模擬計數器可能更緊湊，但是可能會受到光子計數深度(位深)，噪聲和/或均勻性問題的限制。

為了給入射光子加上時間戳，一些基于SPAD陣列的ToF像素方法使用了時間數字轉換器(TDC)。TDC可以在飛行時間成像應用中使用，以提高單個時鐘周期的定時分辨率。這種數字方法的一些優勢可能包括TDC的大小傾向于隨著技術節點而擴展，并且所存儲的值可以對泄漏更健壯。

但是，TDC電路可能只能在單個事件中處理一個事件測量周期，這樣一排SPAD可能需要多個TDC。TDC可能也比較耗電，這使得更大的陣列更難以實現。TDC還可能生成相對大量的數據，例如，每個光子一個16位時間戳。連接到TDC的單個SPAD可能每秒產生數百萬個這樣的時間戳。因此，相對于可用的輸入/

輸出帶寬或功能，大于100,000像素的成像陣列會產生不可行的

大數據速率。但是完全不實用TDC測量精度又達不到。

發明內容

本申請的目的在于，針對上述現有技術中的不足，提供一種測量飛行時間的方法和時間數字轉換器，以解決現有的像素陣列中TDC傳輸數據的壓力的技術問題。

為實現上述目的，本申請實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本申請實施例提供了一種時間數字轉換器，其特征在于，包括：基于第一時鐘的統計模塊，用于統計所述時間數字轉換器的輸入信號所在的第一時間區間；和基于第二時鐘的測量模塊，用于測量所述輸入信號在所述第一時間區間的第一時刻。