← 返回 JSSC 论文列表JSSC 2019第11期Image Sensors90-nm 1P4M/40-nm 1P8M
A Reconfigurable 3-D-Stacked SPAD Imager With In-Pixel Histogramming for Flash LI
一款用于闪光激光雷达的256×256 SPAD传感器，采用3D堆叠工艺，具有像素内直方图功能。
256×256分辨率，36.72µm像素间距，51%填充因子，31.4 Mb/s数据率，100 mW功耗
SPAD传感器3D堆叠闪光激光雷达时间数字转换器低功耗
▸创新点1：3D堆叠工艺集成SPAD传感器（系统创新）。采用90-nm 1P4M/40-nm 1P8M工艺实现双芯片垂直集成，底部为64×64光子处理单元阵列（36.72µm间距），顶部集成4×4共享SPAD阵列（9.18µm间距），实现51%高填充因子，显著提升光子探测效率与空间分辨率。
▸创新点2：像素并行多事件时间数字转换器（电路创新）。每个像素配备可编程TDC模块，支持0.56-560ns动态可调时间分辨率，通过16×14位计数器阵列实现多事件时间戳压缩，数据率降至31.4Mb/s（30fps@100MHz），相比传统串行TDC大幅提升吞吐量。
▸创新点3：自适应低功耗架构（系统创新）。集成像素级相关器动态调节工作模式，在日光测距场景下功耗<100mW，通过内部/外部时钟切换优化能效比，解决SPAD在强光环境下的功耗瓶颈问题。
▸创新点4：模块化光子处理单元设计（方法创新）。采用共享SPAD的4×4子阵列架构，结合36.72µm间距模块化设计，平衡了填充因子（51%）与电路复杂度，支持灵活的重配置功能以适应不同ToF应用场景。
Abstract
A 256 × 256 single-photon avalanche diode (SPAD)
sensor integrated into a 3-D-stacked 90-nm 1P4M/40-nm 1P8M
process is reported for flash light detection and ranging
(LIDAR) or high-speed direct time-of-flight (ToF) 3-D imaging.
The sensor bottom tier is composed of a 64 × 64 matrix of
36.72-µm pitch modular photon processing units which operate
from shared 4 × 4 SPADs at 9.18- µm pitch and 51% fill-factor.
A1 6 × 14 bit counter array integrates photon counts or events
to compress data to 31.4 Mb/s