一种集成近红外SPAD阵列的激光雷达测距系统

作     者：陈前宇 许唐 刘志强 马治强 袁丰 徐跃 

作者机构：南京邮电大学集成电路科学与工程学院 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目（62171233） 江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(21)3062) 核探测与核电子学国家重点实验室资助项目（SKLPDE-KF-202307） 江苏省研究生创新计划（SJCX22＿0261） 

主　　题：直接飞行时间 单光子雪崩二极管 激光雷达 时间间隔测量 时间数字转换器 

摘      要：基于0.18μm BCD工艺实现了一种高探测效率、低暗计数噪声、低误码率、高分辨率、大动态范围的近红外激光雷达测距系统。该系统集成了一个4×4单光子雪崩二极管(SPAD)阵列和一个基于延迟锁相环(DLL)的两段式时间数字转换器(TDC)。单光子雪崩二极管(SPAD)阵列采用一种新型高压p阱/高压n+埋层的深雪崩区结构，显著提高了对近红外光子的探测概率(PDP)。TDC采用双链计数器以及相位插值法，降低了段间误码概率并获得了高分辨率和大动态范围。测试结果表明，SPAD器件在5V过偏压下暗计数率(DCR)低至162cps，在905nm近红外波长处的PDP大于8.5%，可工作在人眼安全阈值较高的近红外波段。TDC实现了208 ps的高时间分辨率和1.28μs的动态范围，微分非线性度(DNL)和积分非线性度(INL)分别在±0.1 LSB和±0.6 LSB范围内，在50～75 MHz输入时钟下的直接光子飞行时间(d TOF)测量误差为0.37 ns。