用于单光子TOF测量的时间-幅度变换器

基于新型共源共栅电流源的积分方法,设计了一种用于单光子飞行时间(TOF)测量的时间-幅度变换器(TAC)。该方法有效简化了TAC电路结构,减小了TAC占用面积,显著提高了TOF的满量程范围(FSR)。采用0.18 μm标准CMOS工艺设计。集成TAC的单光子探测器像素单元的填充因子可达到26.8%。后仿真结果表明,该TAC在120 ns的FSR内具有230 ps的定时分辨率,微分非线性(DNL)低于0.05 LSB,积分非线性(INL)低于1.1 LSB。蒙特卡洛仿真表明,512个TAC像素间的不均匀性低于0.5 %。该TAC非常适用于高密度时间相关的单光子计数(TCSPC)探测器阵列。     

一种消除模拟TOF阵列探测器FPN的两级CDS电路

提出了一种新颖的两级相关双采样(CDS)电路,用于消除基于时间幅度转换器(TAC)结构的高密度光子飞行时间(TOF)阵列探测器的固定模式噪声(FPN)。相比于传统的全差分电路,该电路的结构更加简单,每一级仅使用两个开关管和一个采样电容。电路采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺制造,面积仅为40μm×35μm,静态功耗仅为301μW。测试结果表明,所提出的两级CDS电路具有99.98%的高线性度,在1.8 V电源下实现了0.9 V的宽输出摆幅,FPN总量减少了54%以上。提出的CDS方案可以有效消除阵列的像素级和列级的FPN,非常适用于基于TAC的高密度TOF阵列探测器。