← 返回 JSSC 论文列表JSSC 2015第10期Power Management130nmTDC
A 1 400 Backside-Illuminated SPAD Sensor With 497 ps Resolution 30 pJSample TDC
介绍了一种采用130nm 3D IC CMOS技术制造的1×400背面照射SPAD传感器，具有497 ps分辨率和30 pJ/采样的TDC。
497 ps分辨率，30 pJ/采样，13.3 ms/s转换率
SPAD传感器时间数字转换器3D IC近红外光学断层扫描脑成像
▸创新点1：背面照射SPAD阵列（系统创新） - 采用130nm 3D IC CMOS工艺实现背面照射SPAD阵列，将光敏区域与信号处理电路分层布局，显著提升近红外波段的光子探测效率，适用于脑成像等低光应用场景。
▸创新点2：双频率架构TDC（电路创新） - 提出基于双频率时钟的TDC架构，在13.3MS/s转换速率下实现49.7ps分辨率和0.8ps阵列均匀性，同时将功耗降至30pJ/次，突破传统TDC的精度-功耗权衡限制。
▸创新点3：胜者通吃电路设计（方法创新） - 采用8像素集群共享TDC的架构，通过带碰撞检测的WTA电路实现事件驱动型资源分配，在400像素阵列中仅需100个TDC，大幅降低系统复杂度。
▸创新点4：3D集成工艺应用（工艺创新） - 通过3D堆叠技术将SPAD传感层与处理电路垂直集成，优化信号传输路径，降低寄生效应，实测DNL±0.44LSB/INL±0.47LSB验证了跨层互连的稳定性。
Abstract
A 1 × 400 array of backside-illuminated SPADs fab-
ricated in 130 nm 3D IC CMOS technology is presented. Sensing
i sp e r f o r m e di nt h et o pt i e rs u b s t r ate and time-to-digital conver-
sion in the bottom tier. Clusters of eight pixels are connected to a
winner-take-all circuit with collision detection capabilities to re-
alise an efficient sharing of the time-to-digital converter (TDC).
The sensor's 100 TDCs are based on a dual-frequency architecture
enabling 30 pJ per conversion at a