一种集成近红外SPAD阵列的激光雷达测距系统

基于 0.18 μm BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）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）。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5 V过偏压下的暗计数率（DCR）低至162 s-1，在905 nm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1.28 μs的动态范围，微分非线性度（DNL）和积分非线性度（INL）分别在±0.1LSB （LSB代表最低有效位）和±0.6LSB范围内，在50~75 MHz输入时钟下的直接光子飞行时间（dTOF）测量误差为0.37 ns。