技术领域
[0001] 本公开大体上涉及光
传感器，且确切地说(但不排除其它)涉及可以在长程飞行时间应用中使用的光子传感器。
背景技术
[0002] 随着三维(3D)和测距应用在例如成像、电影、游戏、计算机、用户
接口、自动驾驶车辆等用途中的普及性持续增长，对可感测距离的传感器的关注不断增加。感测对象或3D图像的典型被动方式为使用多个相机来捕获立体图像或多个图像。使用立体图像，图像中的对象可经三
角形化以创建3D图像。此三角化技术的一个缺点是难以使用小装置创建3D图像，这是因为在每一相机之间必须存在最小间隔距离以便创建三维图像。另外，此技术是复杂的且因此需要显著计算机处理能
力以便实时地创建3D图像。
[0003] 对于需要感测例如行人等对象或实时获取3D图像的应用，有时利用基于光学飞行时间测量的有源深度成像系统。飞行时间系统通常采用引导对象处的光的
光源、检测从对象反射的光的传感器，以及基于光往回于对象所花费的往返时间计算到对象的距离的处理单元。在典型的飞行时间传感器中，由于从光检测区到感测
节点的高传送效率而常常使用光电
二极管。
[0004] 感测对象和获取3D图像所存在的持续挑战是，在例如飞行时间(TOF)光检测与测距(LiDAR)应用等长程应用中，在正午期间外部存在的大量背景光使得检测反射光脉冲较困难，这是归因于大量的环境光引起的。确切地说，因为每秒有太多光子到达，所以难以在非常大的背景
信号上面检测此弱TOF信号。
发明内容
[0005] 一方面，本
申请提供一种供与光子感测系统一起使用的阈值检测
电路，其包括：多个电容器，其中所述多个电容器中的每一个具有第一端和第二端；多个
开关电路，其中所述多个开关电路中的每一个耦合到所述电容器中的一个的所述第一端，其中所述多个开关电路被配置成在检测间隔期间将所述电容器中的每一个的所述第一端耦合到多个光子传感器中的一个对应光子传感器，其中所述多个开关电路被配置成在复位间隔期间将所述电容器中的每一个的所述第一端耦合到可变初始化值，其中阈值数目的所述多个电容器在所述复位间隔期间耦合到具有第一值的可变初始化值，且其中剩余数目的所述多个电容器在所述复位间隔期间耦合到具有第二值的可变初始化值；以及比较器电路，其具有耦合到所述多个电容器中的每一个的所述第二端的输入端，其中所述比较器电路经耦合以响应于所述阈值数目的光子传感器在所述检测间隔期间感测一或多个入射光子而产生检测事件。
[0006] 另一方面，本申请进一步提供一种光子感测系统，其包括：布置成阵列的多个光子传感器，其中所述多个光子传感器中的每一个经耦合以检测入射光子，其中所述入射光子适于在所述光子传感器中触发
雪崩
电流；多个淬灭电路，其耦合到所述多个光子传感器，其中所述多个淬灭电路中的每一个经耦合以淬灭所述多个光子传感器中的每一个中触发的所述雪崩电流；以及阈值检测电路，其包含在耦合到所述多个光子传感器的
控制器中，其中所述阈值检测电路包括：多个电容器，其中所述多个电容器中的每一个具有第一端和第二端；多个开关电路，其中所述多个开关电路中的每一个耦合到所述电容器中的一个的所述第一端，其中所述多个开关电路被配置成在检测间隔期间将所述电容器中的每一个的所述第一端耦合到多个光子传感器中的一个对应光子传感器，其中所述多个开关电路被配置成在复位间隔期间将所述电容器中的每一个的所述第一端耦合到可变初始化值，其中阈值数目的所述多个电容器在所述复位间隔期间耦合到具有第一值的可变初始化值，且其中剩余数目的所述多个电容器在所述复位间隔期间耦合到具有第二值的可变初始化值；以及比较器电路，其具有耦合到所述多个电容器中的每一个的所述第二端的输入端，其中所述比较器电路经耦合以响应于所述阈值数目的光子传感器在所述检测间隔期间感测一或多个入射光子而产生检测事件。
附图说明
[0007] 参见以下图式描述本发明的非限制性和非穷尽性的
实施例，图式中除非另外规定，否则贯穿各图中相同的参考标号指代相同的部分。
[0008] 图1是展示根据本发明的教示具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的长程飞行时间光感测系统的一个实例的
框图。
[0009] 图2A是展示根据本发明的教示包含在
像素单元中的实例光子传感器的示意图，所述像素单元可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。
[0010] 图2B是展示根据本发明的教示的光子传感器的实例数字输出和实例
输出电压的时序图，所述光子传感器可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。
[0011] 图3是展示根据本发明的教示包含光子传感器的堆叠像素单元的实例的功能框图，所述光子传感器可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。
[0012] 图4A是展示根据本发明的教示在复位间隔期间具有基于电容器的比较器的阈值检测电路的实例的示意图。
[0013] 图4B是展示根据本发明的教示在检测间隔期间具有基于电容器的比较器的阈值检测电路的实例的示意图。
[0014] 图5是展示根据本发明的教示具有基于电容器的比较器的阈值检测电路的另一实例的示意图。
[0015] 图6是示出根据本公开的教示可在实例阈值检测电路中发现的信号与包含基于电容器的比较器的飞行时间光感测系统的关系的时序图。
[0016] 对应参考标号在图式的若干视图中指示对应组件。熟练的技术人员应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而示出，并且不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件夸示以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行的实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件，以便呈现本发明的这些各种实施例的遮挡较少的视图。
具体实施方式
[0017] 公开适合在长程飞行时间系统中使用的使用具有基于电容器的比较器的阈值检测电路感测光子的方法及设备。在以下描述中，阐述了许多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有所述特定细节中的一或多个的情况下或使用其它方法、组件、材料等实践本文所描述的技术。在其它情况下，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面混淆。
[0018] 在本
说明书通篇中参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在不同
位置中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必都是指同一个实例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任何合适的方式在一或多个实例中组合。
[0019] 在本说明书通篇中，使用若干技术术语。除非本文中明确定义，或其使用情境将另外清楚地表明，否则这些术语将采用其在它们所出现的领域中的普通含义。应注意，元件名称和符号在本文中可互换使用(例如Si对
硅)；然而，两者具有相同含义。
[0020] 如将展示，公开包含在可用于感测高环境光条件下的光子的阈值检测电路中的基于电容器的比较器的实例。在各种实例中，包含每像素一或多个光子传感器的像素单元(例如，盖革模式单光子
雪崩二极管(SPAD))包含在光子感测系统的像素阵列中。对于例如在自动驾驶车辆中使用的LiDAR应用，主要挑战是在存在可能遮挡图像传感器的大量背景光时在其它对象当中辨别行人。因此，图像传感器必须在非常高
水平的噪声电平(例如，背景光)下检测弱信号(例如，来自行人的相关光返回)。在各种实例中，根据本发明的教示，包含在阈值检测电路中的基于电容器的比较器用于即使在明亮的环境光条件下也测量来自光子传感器的返回信号，这使得基于电容器的阈值检测的所公开实例适合在例如LiDAR应用等长程飞行时间应用中使用。
[0021] 为了说明，图1是展示根据本发明的教示用以在明亮的环境光条件下检测对象的具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的长程飞行时间光感测系统100的一个实例的框图。确切地说，如所描绘的实例中所展示，飞行时间光感测系统100包含光源102、透镜116、包含多个像素单元122的像素阵列120，以及控制器126。控制器126耦合以控制光源102和包含在像素阵列120中的所述多个像素单元122的操作。此外，控制器126包含阈值检测电路128，且还可耦合以处理从像素阵列120读出的信息。
[0022] 如实例中所展示，像素阵列120
定位于距透镜116焦距flens处。在实例中，光源102和透镜116定位于距对象130距离L处。应了解，图1未按比例示出，且在一个实例中焦距flens大体上小于透镜116和对象130之间的距离L。因此，应了解，出于本公开的目的，根据本发明的教示，距离L和距离L+焦距flens大体上相等以用于飞行时间测量的目的。如所示出，像素阵列120和控制器126出于阐释的目的而表示为单独的组件。然而，应了解，像素阵列120和控制器126可全部集成到同一堆叠芯片传感器上。在其它实施例中，像素阵列120和控制器126可集成到非堆叠式标准平面传感器上。
[0023] 此外，应了解，图1中展示的实例像素阵列120被示出为布置成多个行和多个列的像素单元122的二维(2D)阵列。如此，应了解，2D像素阵列120可适于获取对象130的3D图像。在另一实例中，应了解，根据本发明的教示，像素阵列120还可被实施为像素单元122的一维阵列，其在其它应用中可能有用。此外，在又一实例中，应了解，像素阵列120还可包含在不需要飞行时间测量的光感测系统中，且在此类系统中，不需要光源102。
[0024] 返回参看图1中所描绘的实例，飞行时间光感测系统100是3D相机，其利用像素阵列120基于飞行时间测量值计算用以检测对象130(例如，行人)的深度信息。飞行时间光感测系统100甚至可在具有明亮的环境光182(例如，正午明亮的日光)的条件下操作，且像素阵列120中的每一像素单元122可确定对象130的对应部分的深度信息使得可产生关于对象130的3D图像或范围信息。通过测量光从光源102传播到对象130且回到飞行时间光感测系统100的往返时间来确定所述范围或深度信息。
[0025] 如所示出，光源102(例如，竖直腔表面发射
激光器)被配置成在距离L上将包含光脉冲106的光104发射到对象130。经发射光104接着作为反射光110从对象130反射，反射光中的一些朝向飞行时间光感测系统100传播距离L且作为图像光入射到多个像素120上。像素阵列120中的每一像素单元122包含一或多个光子传感器(例如，一或多个SPAD)来检测所述图像光且将所述图像光转换为
输出信号。
[0026] 如所描绘的实例中所展示，可使用所发射光104的脉冲(例如，脉冲106)从光源102到对象130且回到多个像素120的往返时间来使用以下等式(1)和(2)中的以下关系确定距离L：
[0027]
[0028]
[0029] 其中c是光速，其近似等于3×108m/s，且TTOF对应于往返时间，其是光脉冲106如图1中所展示往返于对象130所花费的时间量。因此，一旦已知往返时间，那么可计算距离L且其随后用于确定对象130的深度信息。
[0030] 如所示出的实例中所展示，控制器126耦合以控制像素阵列120(包含像素单元122)和光源102，且包含逻辑，所述逻辑在执行时致使飞行时间光感测系统100执行用于确定往返时间的操作。确定往返时间可至少部分基于由时间-数字转换器产生的
定时信号。所述定时信号表示光源102何时发光以及像素单元122何时检测图像光。
[0031] 图2A是展示根据本发明的教示包含在像素单元中的实例光子传感器208的示意图，所述像素单元可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。应了解，在图2A中示出的像素单元的部分可以是例如包含在图1的像素阵列120中的所述多个像素单元122中的一个的一个实例，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。如所描绘的实例中所展示，图2中所示出的像素单元的部分包含耦合以检测入射光子210(也标记为“hv”)的光子传感器208。在一个实例中，光子传感器208包含耦合在淬灭电路212和电压VHV(其在一个实例中可近似为-30伏)之间的盖革模式(GM)单光子雪崩
光电二极管(SPAD)。在所描绘的实例中，入射光子210适于触发光子传感器208中的雪崩电流IAV，从而响应于光子传感器208检测入射光子210而导致输出电压信号VOUT 232中的对应电压尖峰。淬灭电路212(也标记为“RQ”)耦合在电压VExcess Bias(其在一个实例中可近似为3伏)和光子传感器208之间以淬灭雪崩电流IAV，从而致使输出电压信号VOUT 232复位。在其中期望数字输出的实例中，
反相器234可经耦合以接收VOUT 232以产生数字输出VDIG 236。
[0032] 为了说明，图2B是展示根据本发明的教示的光子传感器208的输出电压VOUT 232和实例数字输出VDIG 236的实例的时序图，所述光子传感器可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。在所描绘的实例中，光子传感器208是在其雪崩点附近偏置以捕集光子的SPAD。当光子传感器208在盖革模式中恰当地偏置(具有高于
雪崩击穿值的反向电压)时，其等待
电子进入其内部
电场且触发雪崩，雪崩在图2B中发生在时间tphoton处。每一雪崩都会产生脉冲。在一个实例中，因为SPAD光子传感器208具有内部抖动<100ps，所以根据本发明的教示，光子传感器208可使用SPAD以高
精度对测量进行定时。
[0033] 图3是展示根据本发明的教示包含像素阵列320的光子传感器308的堆叠式像素单元的实例的功能框图，所述像素阵列可包含在具有包含基于电容器的比较器的阈值检测的飞行时间光感测系统中。应了解，图3中示出的光子传感器308可以是包含在上文在图1和2A-2B中描述的像素单元中的光子传感器中的一个光子传感器的一个实例，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。
[0034] 如所描绘的实例中所展示，像素阵列320的光子传感器308耦合以检测入射光子310。在所示出的实例中，假定像素阵列320包含总共N个光子传感器308，其可出于论述的目的从0编号到N-1。因此，在一个实例中，假定N＝1,058，使得像素阵列320中存在1,058个光子传感器。在一个实例中，每一光子传感器308为盖革模式(GM)单光子
雪崩光电二极管(SPAD)使得入射光子310适于触发对应光子传感器308中的雪崩电流IAV[0:N-1]，从而响应于光子传感器308检测入射光子310而导致对应输出电压信号VOUT[0:N-1]332中的电压尖峰。因此，每一淬灭电路312耦合到对应光子传感器308以淬灭对应雪崩电流IAV[0:N-1]，从而致使对应输出电压信号VOUT[0:N-1]332复位。
[0035] 在一个实例中，光子传感器308安置于例如传感器晶片等第一晶片352中，且例如淬灭电路312、阈值检测电路328和时间-数字转换器324等其它像素支持电路安置于例如像素电路晶片等单独的第二晶片354中，所述第二晶片与第一晶片352在堆叠芯片方案中堆叠。在另一实例中，应了解，淬灭电路312可包含在第一晶片352中。在图3中所描绘的实例中，第一晶片352中的光子传感器308经由第一晶片352和第二晶片354之间的接口处的堆叠点356耦合到第二晶片354中的对应淬灭电路312。如此，应了解，使用堆叠技术实施像素单元，这提供根据本发明的教示包含以支持像素单元的操作的像素电路无填充因数或光敏度损失的额外益处。
[0036] 如所描绘的实例中所展示，阈值检测电路328包含经耦合以从光子传感器308接收输出电压信号VOUT[0:N-1]332的第一输入。在一个实例中，根据本发明的教示，阈值检测电路328还包含用以接收参考VTH,HI 364和VTH,LO 366的输入端，所述参考如下文将更详细地描述可用于在复位间隔期间初始化包含在阈值检测电路328中的多个电容器。
[0037] 在操作中，阈值检测电路328从光子传感器308感测输出电压信号VOUT[0:N-1]332，且响应于阈值数目M个光子传感器308在特定
帧中检测光子310而产生开始信号TDC_START 362。举例来说，在
汽车条件下的一个实例中，明亮的背景光条件(例如，182)将引起光子传感器308中的大量有源SPAD，以及像素阵列320中的光子传感器308中的少量信号SPAD。在此实例中，在像素阵列中总数N＝1,058个光子传感器的情况下，假定从目标对象(例如，行人)检测到5个光子，而明亮的背景光平均来说引起698个光子(例如，从明亮的日光)。因此，在此实例中，阈值M可设定成M＝700。当然应理解，此处出于阐释的目的示出总数N＝1,058个光子传感器的实例像素阵列以及阈值M＝700，且根据本发明的教示，在其它实例中，像素阵列可包含不同数目N个光子传感器，且还可选择不同阈值M。
[0038] 在操作中，当未检测到行人时，698个光子传感器308归因于明亮的背景光而检测光子310，其小于阈值M＝700。相应地，将不触发TDC_START 362。然而，当检测到行人时，额外5个光子传感器308将在归因于明亮的日光而检测光子310的其它698个光子传感器308上面检测光子310，这导致触发698+5＝703个光子传感器308。因为在此实例中703是比阈值M＝700大的数目，所以根据本发明的教示由阈值检测电路328触发开始信号TDC_START 362。
[0039] 时间到数字转换器电路324经耦合以从阈值检测电路328接收开始信号TDC_START 362。在一个实例中，时间-数字转换器电路324经耦合以至少响应于阈值数目(例如，M＝
700)个光子传感器308检测光子310而处理时间。在一个实例中，确定往返时间可至少部分基于由时间-数字转换器电路324产生的定时信号。举例来说，在一个实例中，定时信号表示何时光源(例如，102)发光以及何时光子传感器308检测入射光子310。
[0040] 图4A是展示根据本发明的教示在复位间隔期间包含基于电容器的比较器491的阈值检测电路428的一部分的实例的示意图。应了解，图4A中示出的阈值检测电路428的部分可包含在光子感测系统中，且可以是例如包含在图1的控制器126中的阈值检测电路128的一个实例，或例如包含在图3的堆叠式像素单元中的阈值检测电路328的一个实例，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。
[0041] 如所描绘的实例中所展示，阈值检测电路428包含多个电容器，其包含电容器468A、468B、468C、…468N。在一个实例中，存在N个电容器，其中每一电容器耦合到像素阵列中的所述多个光子传感器中的一个对应光子传感器。举例来说，在上文所论述的实例中，在像素阵列中存在N＝1,058个光子传感器的情况下，有N＝1,058个电容器包含在所述多个电容器468A、468B、468C、…468N中。电容器468A、468B、468C、…468N中的每一个包含第一端和第二端。在复位间隔期间，电容器468A、468B、468C、…468N中的每一个的所述第一端经由相应开关电路耦合到相应可变初始化值VTH[0]、VTH[1]、VTH[2]、…VTH[N-1]，这将在下文进一步详细论述。
[0042] 在一个实例中，可变初始化值VTH[0:N-1]可以是第一值(例如，“高”值)或第二值(例如，“低”值)。举例来说，继续其中存在总共N＝1,058个光子传感器的上文所论述的实例，且如果阈值数目为M＝700，则阈值数目(M＝700)个电容器468A、468B、468C、…468N被初始化以在复位间隔期间接收“高”值，且剩余电容器(N-M＝1,058-700＝358)被初始化以在复位间隔期间接收“低”值。因此，在M＝700的此实例中，VTH[0:699]＝“1”且VTH[700:1,057]＝“0”。
[0043] 如所描绘的实例中所展示，阈值检测电路428还包含比较器491，其包含输入端AMP_IN 492和输出端AMP_OUT 494。在所描绘的实例中，输入端AMP_IN 492如图所示耦合到电容器468A、468B、468C、…468N中的每一个的第二端。在图4A中所展示的实例中，比较器491是单级开环比较器491，其包含耦合到晶体管472的电流源470，其中复位开关474耦合在晶体管472的控制
端子(例如，栅极端子)和输出端AMP_OUT494(例如，在晶体管472的漏极端子处)之间。在一个实例中，反相器476还可耦合到比较器491的输出端AMP_OUT 494以产生比较器491的反转输出端，其标记为AMP_OUTB 495。在所描绘的实例中，复位开关474响应于复位信号AZ_EN 496而在复位间隔期间闭合(例如，“接通”)。
[0044] 图4B是展示根据本发明的教示的检测间隔期间的阈值检测电路428的实例的示意图。应了解，图4B中示出的阈值检测电路428的部分大体上类似于图4A中展示的阈值检测电路428，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。确切地说，图4B中示出的实例展示检测间隔期间的阈值检测电路428，使得复位开关474在检测间隔期间响应于复位信号AZ_EN 496而断开(例如，“切断”)。此外，在检测间隔(例如，峰值检测阶段)期间，电容器468A、468B、468C、…468N中的每一个的第一端经耦合以经由相应开关电路从每一光子传感器(例如，每一SPAD的
背板)接收相应输出信号VIN[0]、VIN[1]、VIN[2]、…VIN[N-1]。
[0045] 在所述实例中，比较器491经耦合以响应于至少阈值数目个光子传感器在检测间隔期间感测一或多个入射光子而在AMP_OUT 494处产生检测事件。举例来说，在总共N＝1,058个光子传感器以及阈值M＝700的实例中，700个光子传感器以VTH[0:699]＝“1”初始化，且剩余N-M个光子传感器以VTH[700:1,057]＝“0”初始化。如此，当满足下式时：
[0046] SUM(VIN[0:N-1])>SUM(VTH[0:N-1])， (3)
[0047] 比较器491的输出端AMP_OUT 494“翻转”，根据本发明的教示，这指示至少阈值数目个光子传感器感测光子的检测事件。换句话说，假定至少阈值数目M＝700个光子传感器(例如，SPAD)同时或在相同帧中检测光子，则根据本发明的教示，在AMP_OUT494处产生检测事件。然而，如果未检测到对象，则小于阈值数目M＝700个光子传感器将在相同帧中检测光子，且根据本发明的教示，不在AMP_OUT 494处产生检测事件。
[0048] 图5是展示根据本发明的教示具有基于电容器的比较器591的阈值检测电路528的一部分的另一实例的示意图。应了解，图5中示出的阈值检测电路528的部分可包含在光子感测系统中，且可以是例如包含在图1的控制器126中的阈值检测电路128的一个实例，或例如包含在图3的堆叠式像素单元中的阈值检测电路328的一个实例，或图4A-4B中展示的阈值检测电路428的一个实例，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。
[0049] 还应注意，图5中示出的实例阈值检测电路528还与图4A-4B中展示的阈值检测电路428共享许多类似性。然而，与图5中展示的阈值检测电路528实例的一个差异是，出于简洁起见示出一个电容器568，其对应于图4A-4B中展示的多个电容器468A、468B、468C、…468N中的一个。如此，电容器568的第一端耦合到多个开关电路中的一个相应开关电路，每一开关电路如所示包含例如开关578、580、582和584。在操作中，开关582在检测间隔(例如，峰值检测阶段)期间响应于SENS_EN 598信号而闭合(例如，“接通”)，且在非检测间隔时断开(例如，“切断”)。类似地，开关584在复位间隔期间响应于AZ_EN 596信号而闭合(例如，“接通”)，且在非复位间隔时断开(例如，“切断”)。如下文更详细展示，在一个实例中，AZ_EN
596和SENS_EN 598信号为非重叠信号，使得一次两个信号中的仅一个可“接通”。此外，在一个实例中，检测间隔和复位间隔之间还存在略微延迟，使得存在“停滞时间”，此时在两个信号接通之间所述信号同时切断以避免当在复位间隔和检测间隔之间转变时的竞态条件。
[0050] 在操作中，当在检测间隔期间开关582闭合且开关584断开时，电容器568的第一端经耦合以接收从光子传感器中的一个相应光子传感器产生(例如，由SPAD前端响应于检测到的光子而产生)的输入电压VOUT 532。
[0051] 当在复位间隔期间开关582断开且开关584闭合时，电容器568的第一端如所展示分别经由开关580或开关578耦合以利用可变阈值信号VTH 597初始化，所述可变阈值信号为“低”初始化值VTH,LO 566或“高”初始化值VTH,HI 564。在所描绘的实例中，如所示分别响应于选择信号SEL或反转选择信号SELB经由开关580或开关578选择“低”初始化值VTH,LO 566或“高”初始化值VTH,HI 564。
[0052] 与图5中展示的阈值检测电路528实例的另一差异是，实例比较器591为两级开环比较器，具有输入端AMP_IN 592和输出端AMP_OUT 594。在所描绘的实例中，输入端AMP_IN 592耦合到包含图5中展示的电容器568的所述多个电容器中的每一个的第二端。应了解，比较器591的
放大器不必需要两个级，且可以单级放大器和输出端处反转的极性实施类似的解决方案。图5中展示的两级开环比较器591实例的第一级包含耦合到晶体管572A的电流源
570A，其中复位开关574耦合在晶体管572的控制端子(例如，栅极端子)和晶体管572的漏极端子之间。图5中展示的两级开环比较器591实例的第二级包含耦合到晶体管572B的电流源
570B，其中晶体管572B的栅极端子耦合到晶体管572A的漏极端子，且输出端AMP_OUT 594如所示在晶体管572B的漏极端子处产生。在所描绘的实例中，复位开关574在复位间隔期间响应于复位信号AZ_EN 596而闭合(例如，“接通”)，且开关574在检测间隔期间响应于复位信号AZ_EN 596而断开(例如，“切断”)。
[0053] 如图5中说明的实例中所展示，阈值检测电路528还包含触发器588，其经耦合以响应于比较器591在AMP_OUT 594处产生检测事件而进行时钟控制。如所描绘的实例中所展示，触发器588包含连接到电压源DVDD的数据输入端D，和从其产生开始信号TDC_START 562的Q输出端。如先前所提到，根据本发明的教示，开始信号TDC_START562经耦合以由时间到数字转换器(例如，324)接收以响应于在检测间隔期间至少阈值数目个光子传感器感测所述一或多个入射光子而处理时间。在所描绘的实例中，在感测间隔期间启用触发器588的时钟控制。如此，如所描绘的实例中所展示，响应于SENS_EN598信号而选通的AND 568耦合在触发器588的时钟输入和比较器591的输出端AMP_OUT 594之间。因此，触发器588在非感测间隔时被停用时钟控制，且在感测间隔之后复位。如所描绘的实例中所展示，触发器588包含异步复位输入端RST，其为有源高且经耦合以接收复位信号AZ_EN 596。因此，每当复位信号AZ_EN 596被
断言(例如，逻辑高)时，触发器588将异步地复位，这意味着触发器588的Q输出端(即，TDC_START 562)在复位信号AZ_EN 596被断言时将立即撤销断言(例如，逻辑低)。
[0054] 图6为示出根据本公开的教示在操作期间可在实例阈值检测电路中发现的信号与包含基于电容器的比较器的飞行时间光感测系统的关系的时序图690。应了解，图6中示出的信号可以是例如图1的阈值检测电路128、图3的阈值检测电路328、图4A-4B的阈值检测电路428或图5的阈值检测电路528中发现的信号的实例，且下文提及的类似命名和编号的元件因此类似于上文所描述而耦合和起作用。明确地说，图6展示根据本发明的教示在阈值检测电路的操作期间AZ_EN 696信号、SENS_EN 698信号、AMP_IN692信号和TDC_START 662信号的实例。
[0055] 图6中描绘的实例继续其中像素阵列在亮光中包含总共N＝1,058个光子传感器的先前论述的实例，这致使698个光子传感器归因于背景光而触发，且5个额外光子传感器在检测到例如行人等对象时触发。如此，出于阐释的目的，在所述实例中阈值被设定成M＝700。
[0056] 在所描绘的实例中，在帧0之前，在阈值检测电路中在AZ_EN 696信号为高且SENS_EN 698信号为低的情况下发生复位阶段。在复位阶段期间，如上文所论述，像素阵列的M个光子传感器以VTH[0:M-1]＝“1”初始化，且像素阵列的剩余N-M个光子传感器以VTH[M:N-1]＝“0”初始化。如所展示，AZ_EN 696信号和SENS_EN 698信号为非重叠信号，且针对帧0，在AZ_EN 696信号转变为低且SENS_EN 698信号转变为高之前，存在两个信号均为低的延迟。在所描绘的实例中，AMP_IN 692展示归因于明亮的背景光条件触发698个光子传感器(例如，图6中也标记为“SPAD”)。因为在此实例中698个光子传感器小于阈值700，所以帧0内不发生检测事件，如TDC_START 662信号保持为低所指示。发生另一复位间隔，且接着在帧1内，触发698个光子传感器，其小于阈值700，且因此，帧1内不发生检测事件，如TDC_START
662信号保持为低所指示。发生另一复位间隔，且接着在帧2内，归因于由于检测到对象而触发额外5个光子传感器，触发703个光子传感器。根据本发明的教示，因为703大于阈值700，所以AMP_OUT信号(例如，594)中发生检测事件，这致使TDC_START 662信号的脉冲为高，从而指示光子感测系统对对象的感测。
[0057] 对本发明的所示出实例的以上描述(包含
摘要中所描述的内容)并不意图是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文中出于说明性目的描述了本发明的具体实例，但是在本发明的范围内，各种
修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识到。
[0058] 可鉴于以上详细描述对本发明作出这些修改。所附
权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所公开的具体实例。实际上，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的已确立的原则来解释所附权利要求书。
