[發明專利]一種帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器

在審

• 申請號: 202110533034.7
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113325429A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 魏子琛;趙昊;胡曉峰
• 申請（專利權）人: 武漢光跡融微科技有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S17/931;G01S7/4865;G01S7/487
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 崔肖肖;向彬

1.一種帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，包括：精計數相位捕獲單元、粗計數同步單元、時間相關性檢測單元、數據緩存模塊、算術邏輯單元、主控單元和串行數據讀出電路，其中：

所述精計數相位捕獲單元，用于根據START脈沖信號和STOP脈沖信號，捕獲時鐘單元提供的多相相位數據，并進一步將數據存儲到所述數據緩存模塊；

所述粗計數同步單元，用于根據START脈沖信號開始計數，并且根據STOP脈沖信號產生同步信號，還用于根據所述同步信號輸出粗計數器的計數值；

所述時間相關性檢測單元，用于在STOP脈沖信號持續期間記錄傳感器陣列中觸發的SPAD的數目；

所述數據緩存模塊，用于根據所述STOP脈沖信號存儲所述多相相位數據、SPAD觸發數目以及粗計數器的計數值，還用于根據主控單元的控制，輸出存儲的所述多相相位數據、SPAD觸發數目以及粗計數器的計數值；

所述算術邏輯單元，在主控單元的控制下，對存儲在數據緩存模塊中的數據進行算數運算，轉換為輸出結果，并存儲在所述數據緩存模塊中；

所述主控單元，用于為其他單元或模塊提供使能信號和控制命令；

所述串行數據讀出電路，用于根據主控單元的控制命令，將所述算術邏輯單元運算得到的所述輸出結果通過串行的方式讀出。

2.如權利要求1所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述粗計數同步單元包括計數器、距離判斷單元以及同步模塊，START脈沖信號到達后，計數器開始計數，當STOP脈沖信號到來時，所述同步模塊自動產生同步信號SYNC，SYNC信號觸發得到當前計數器值，并存入所述數據緩存模塊。在計數器工作期間，距離判斷單元比較當前計數值與設定距離RANGE1的大小，當計數值達到設定設定距離RANGE1時，計數器復位，并且自動將數據緩存模塊中的數據送入后級所述算術計算單元中進行后續計算處理。

3.如權利要求1或2所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述時間相關性檢測單元，包括時間窗口產生電路和時間相關性判斷電路。

4.如權利要求3所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，時間窗口產生電路包括SR觸發器、控制單元、延遲單元，根據SPAD陣列受到光子觸發后產生的觸發信號TRIGGER以及控制信號CONTROL，輸出一個脈沖信號VALID。所述觸發信號TRIGGER由SPAD陣列觸發產生；所述控制信號CONTROL作用于所述控制單元，控制產生的脈沖信號VALID的時間長度；VALID信號的產生機制是：SPAD陣列中所有SPAD輸出并聯，任意一個SPAD觸發，產生TRIGGER脈沖信號，觸發SR觸發器，并讓后級延遲單元電路延時翻轉，控制單元根據控制信號CONTROL產生一定門控時間長度的脈沖信號VALID，延時結束后SR觸發器復位。

5.如權利要求3所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述時間相關性判斷電路，根據所述時間窗口產生電路輸出的脈沖信號VALID的下降沿，記錄下本次觸發的SPAD的數目N，并與設定的閾值n比較，實現時間相關性判斷。

6.如權利要求1或2所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述時鐘單元包含鎖相環PLL和延遲鎖相環DLL。

7.如權利要求1或2所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述START脈沖信號是電路內部產生的起始脈沖信號，或者電路外部產生的起始脈沖信號；所述STOP脈沖信號是發射激光經物體反射回SPAD陣列后，SPAD陣列產生的觸發脈沖信號。

8.如權利要求1或2所述的帶有光子時間相關性檢測功能的時間數字轉換器，其特征在于，所述STOP脈沖信號為所述時間相關性檢測單元中SPAD陣列受到光子觸發后產生的觸發信號TRIGGER，STOP脈沖信號為多個個脈沖信號，所述數據緩存模塊能夠存儲多組對應的粗計數值、SPAD觸發數目和多相相位數據。