| 用于LiDAR的16×1列阵CMOS单光子TOF图像传感器 |
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| 引用本文： | 曹静,张钊,祁楠,刘力源,吴南健.用于LiDAR的16×1列阵CMOS单光子TOF图像传感器[J].光子学报,2019,48(7). |
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| 作者姓名： | 曹静 张钊 祁楠 刘力源 吴南健 |
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| 作者单位： | 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083;中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049;中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083;中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049;中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心,北京 100083 |
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| 摘 要： | 设计了一款用于激光雷达的CMOS单光子飞行时间图像传感器.该传感器集成了16个结构优化的单光子雪崩二极管像素和一个双计数器结构的13-bit时间数字转换器电路.每个像素单元包括一个新型的主动淬灭-恢复电路.该设计通过优化器件的保护环来降低器件的暗噪声;带有反馈回路的主动淬灭-恢复电路用于降低死时间;时间数字转换器采用双计数器结构来避免计数器的亚稳态导致的计数错误.基于CMOS 180nm标准工艺制作了该传感器.测试结果表明:在1V的过偏压下,单光子雪崩二极管列阵的中值暗计数率为8kHz;在550nm波长光照下探测效率最高,为18%;设计的主动淬灭-恢复电路将死时间有效降低至8ns;时间数字转换器的分辨率为416ps,帮助整个系统实现厘米级距离分辨率.该传感器在0.5m距离下实现了空间分辨率为320×160的深度图像,其测距的最大非线性误差为1.9%,准确度为3.8%.
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| 关 键 词： | 单光子雪崩二极管 CMOS工艺 飞行时间测量 激光雷达 时间数字转换器 |
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