[发明专利]聚合用于全数字单片帧平均接收器的非成像SPAD架构

权利要求书

1.一种光检测和测距(LIDAR)系统，包括：

多个宏像素，其中，多个宏像素中的每个宏像素包括单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列，其中，每个SPAD被配置为当响应于检测到来自系统的外部环境的光而被触发时提供相应光电信号；

多个流水线加法器，其中，多个流水线加法器中的每个流水线加法器通信地耦合到多个宏像素的相应部分；以及

控制器，包括存储器和至少一个处理器，其中，至少一个处理器执行存储在存储器中的指令以执行操作，所述操作包括：

在监听周期期间，在多个流水线加法器的每个流水线加法器处，接收来自多个宏像素的相应部分的相应光电信号；和

使多个流水线加法器中的每个流水线加法器基于来自多个宏像素的相应部分的相应光电信号提供输出，其中，输出包括一系列帧，其中，所述一系列帧中的每个帧包括在给定监听周期期间触发的多个宏像素的相应部分的SPAD的平均数量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，多个宏像素、多个流水线加法器和控制器被布置在基板上，以提供单片单芯片接收器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，多个宏像素包括2^N个宏像素，并且多个流水线加法器包括N位流水线加法器，其中，N至少为10。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括帧聚合块，通信地耦合到多个流水线加法器，其中所述操作还包括使帧聚合块对一系列帧进行聚合，其中所述帧聚合块包括加法器电路和数字缓冲器电路，其中聚合帧的最大数量至少为2^F，其中，F至少为6。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，存储器包括静态随机存取存储块，包含至少5千字节*(N+F)，其中，F至少为6。

6.根据权利要求4所述的系统，还包括脉冲处理块，通信地耦合到帧聚合块，其中，所述操作还包括使脉冲处理块基于一系列帧确定脉冲到达时间或脉冲强度中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，脉冲处理模块包括至少200,000个电阻晶体管逻辑(RTL)门。

8.根据权利要求6所述的系统，还包括输出块，其中输出块通信地耦合至脉冲处理块，其中输出块包括高速串行接口，其中所述操作还包括使输出块基于处理后的一系列帧提供串行输出。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，高速串行接口包括外围组件互连快速(PCIe)总线，通信地耦合到车辆控制器或无线通信接口中的至少一个。

10.根据权利要求8所述的系统，还包括：时钟，被配置为提供时钟信号，其中，多个宏像素、多个流水线加法器、帧聚合块、脉冲处理块和输出块的至少一些操作基于时钟信号。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，每个SPAD被配置为检测包括1550nm或780nm中的至少一个的波长的光。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，每个宏像素的光子检测效率包括在给定宏像素中给定SPAD的光子检测概率(PDP)乘以SPAD填充因子，其中每个宏像素的光子检测效率至少为8％。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，监听周期在300到500皮秒的闭区间内。

14.根据权利要求1所述的系统，还包括微透镜阵列，耦合到每个宏像素。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，每个宏像素包括1024或2048个SPAD中的至少一个。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，多个宏像素包括16、32或64个宏像素中的至少一个。