[發明專利]一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路

在審

• 申請號: 202210516980.5
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114972553A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 孔祥順;閆虎;毛成;閆鋒;趙桂升;陳浩;何虹村;孫昕
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

1.一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，包括由N個SPAD探測單元組成的SPAD探測陣列、2條延時鏈、2個TDC電路和讀出電路，所述SPAD探測單元用于探測光子并輸出電壓脈沖；所述2條延時鏈向相反方向傳遞延時，每條延時鏈均包含N個延時時間為τ的基礎延時單元，每個SPAD探測單元同時與2條延時鏈中對應的基礎延時單元連接，所述SPAD探測單元輸出的電壓脈沖同時在2條延時鏈中進行反向傳遞；2條延時鏈的末端分別連接1個TDC電路；所述讀出電路對2個TDC電路的數據進行讀取，經過計算得到像素地址信息及脈沖時間信息。

2.根據權利要求1所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，每條延時鏈均采用兩輸入OR門作為基礎延時單元，兩輸入OR門的第一輸入端連接到SPAD探測單元的輸出端，其第二輸入端連接上一級兩輸入OR門的輸出端，兩輸入OR門的輸出端連接下一級兩輸入OR門的第二輸入端，一列兩輸入OR門以上述方式連接組成一條延時鏈；所述延時鏈第一級兩輸入OR門的第二輸入端接地，始終輸入“0”；最后一級兩輸入OR門的輸出端連接TDC電路。

3.根據權利要求1所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，所述SPAD探測單元包括SPAD器件、淬滅電路和整形電路，SPAD器件發生響應后在淬滅電路和整形電路的作用下，對外輸出電壓脈沖，所述電壓脈沖攜帶時間信息，在2條延時鏈中反向傳遞至2個TDC電路，觸發TDC電路產生時間信息。

4.根據權利要求1所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，光子到達第i個SPAD探測單元的時刻作為T_ti，經過向上傳遞的延時鏈傳到上端TDC電路，檢測到的時刻為T₁＝T_ti+iτ，經過向下傳遞的延時鏈傳到下端TDC電路，檢測到的時刻為T₂＝T_ti+(N-i+1)τ，計算出發生響應的SPAD探測單元的位置為同時得到光子到達時間為

5.根據權利要求1所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，所述讀出電路由2個D觸發器、1個AND門和1個FIFO電路組成，SPAD探測單元產生的脈沖信號沿著向上和向下傳遞的2條延時鏈進行反向傳遞，到達對應的2個TDC電路觸發TDC計時，同時兩路信號分別觸發2個D觸發器產生高電平，標識此時像素集群中產生一次觸發；之后在系統時鐘驅動下FIFO電路對2個TDC電路中的數據進行讀取，并在數據讀取完成后由Reset信號復位2個D觸發器電路，實現對下一次數據的探測。

6.根據權利要求1至5之一所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，N個SPAD探測單元在一維方向上排列成一列或一行，組成單列或單行線陣SPAD探測陣列，配置2條延時鏈、2個TDC電路和讀出電路形成線陣SPAD探測器；2條延時鏈由2N個基礎延時單元以兩列或兩行的形式排布在線陣SPAD探測陣列一側，2個TDC電路分別排布在線陣SPAD探測陣列和2條延時鏈所組成區域的上下兩側；每一個SPAD探測單元的輸出同時接入2條延時鏈對應位置的基礎延時單元，由2個TDC電路記錄的時間信息，反推發生響應的SPAD探測單元的一維地址信息及時間信息。

7.根據權利要求6所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，M個線陣SPAD探測陣列在二維方向上緊密排布形成一個N×M的面陣陣列，每個線陣SPAD探測陣列配置2條延時鏈、2個TDC電路和讀出電路形成M列并行工作的面陣SPAD探測器；每一列線陣可獨立工作，產生一個一維地址信息，結合本身所在列的地址信息，即可得到二維地址信息。

8.根據權利要求1至5之一所述的一種適用于SPAD陣列的帶時間信息的像素地址編碼電路，其特征在于，N個SPAD探測單元以蛇字形或希爾伯特曲線方式依次排布成單鏈式結構的二維面陣，組成面陣SPAD探測陣列，配置2條延時鏈、2個TDC電路和讀出電路形成面陣SPAD探測器；2條延時鏈由2N個基礎延時單元以相同的形式緊密排布在面陣SPAD探測陣列內，2個TDC電路分別排布在面陣SPAD探測陣列和2條延時鏈所組成區域的上下兩側；每一個SPAD探測單元的輸出同時接入2條延時鏈對應位置的基礎延時單元，由2個TDC電路記錄的時間信息，反推發生響應的SPAD探測單元的一維地址信息及時間信息，再根據已知的排布信息反推得到發生響應的SPAD探測單元的二維地址信息。