JSSC 2019第2期Image Sensors

An 80 x 25 Pixel CMOS Single-Photon Sensor With Flexible On-Chip Time Gating of

一款采用灵活时间门控方案的CMOS单光子传感器，用于3D距离成像。

80 × 25像素阵列，10帧/秒，厘米级精度，4米范围，18°×28°视场，0.1mW平均激活照明功率

CMOS单光子传感器时间门控3D成像SPAD阵列

▸创新点1：灵活的片上时间门控方案（系统创新）。采用基于延迟锁定环（DLL）的电路设计，提供240个输出通道和约100 ps的延迟网格，实现了110 ps级激光脉冲的精确同步控制，显著提升了时间分辨率。

▸创新点2：40个子阵列独立时间门控（架构创新）。将80×25像素阵列划分为40个10×5像素子阵列，每个子阵列可独立设置<0.8 ns的时间门位置并扫描，支持并行多区域测量，系统灵活性提升。

▸创新点3：多区域兴趣测量能力（应用创新）。通过子阵列级门控配置，可同时捕获不同距离的多个目标区域，在4米范围内实现厘米级测距精度（10帧/秒），且仅需0.1 mW低功耗照明。

▸创新点4：高集成度DLL设计（电路创新）。单芯片集成延迟锁定环模块，支持240路输出驱动40个子阵列，延迟步进达100 ps，在32%填充因子下实现系统级时序控制优化。

Abstract

A CMOS solid-state 3-D range imager that uses short ( ∼110 ps) laser pulses and a novel ﬂexible time gating scheme for a single-photon avalanche diode (SPAD) array is presented. The array is divided into 40 subarrays for which a narrow ( <0.8 ns) time gating position can be set and scanned independently. The imager can be set to measure multiple regions of interest by means of the ﬂexible time gating of the subarrays. The time gating for each of the subarrays is selected separately with an on-ch