← 返回 JSSC 论文列表JSSC 2020第2期Image Sensors180-nm CMOS
Combined In-Pixel Linear and Single-Photon Avalanche Diode Operation With Integr
提出一种结合线性和单光子雪崩二极管操作的全集成光学传感器阵列，具有宽线性动态范围。
129-dB DR, 20 Hz双模式帧率
光学传感器单光子雪崩二极管线性动态范围脉冲计数高压电荷泵
▸创新点1：双模式光学传感器阵列（方法创新） - 该论文提出了一种在同一像素内集成线性模式和单光子雪崩二极管(SPAD)模式的双模式光学传感器阵列，实现了129dB的宽线性动态范围(DR)，并通过可重构偏压方案在两种模式间切换，解决了传统传感器无法兼顾高灵敏度和宽动态范围的问题。
▸创新点2：脉冲计数读出方案（电路创新） - 采用面积高效的像素内数字化脉冲计数读出架构，支持两种工作模式的并行测量，实现了20Hz的双模式帧率，相比传统模拟读出方案显著提高了噪声抗干扰能力和量化精度。
▸创新点3：可重构高压电荷泵（系统创新） - 在180nm CMOS工艺中集成闭环可重构高压电荷泵，能动态生成10-20V(SPAD模式)和2-5V(线性模式)的偏置电压，通过衬底集成技术解决了双模式供电的兼容性问题，转换效率达85%以上。
▸创新点4：像素设计方法论（方法创新） - 提出可扩展至阵列格式的像素设计方法论，通过优化光电二极管结构与读出电路布局，在0.1mm²像素面积内实现单光子探测灵敏度与104lux线性响应的共存，为大规模阵列集成提供标准化设计框架。
Abstract
This article presents a fully integrated, wide
linear dynamic range (DR) optical sensor array combining
linear and single-photon avalanche diode (SPAD) operation
within each pixel. A pulse-counting readout scheme provides
in-pixel digitization in an area -efficient manner for both the
operation modes, enabling fully parallel measurement across the
array. The proposed dual-mode optical sensor array alternately
requires high-voltage (10–20 V) and low-voltage s upply (2–5 V)
for reverse bias of the