基于双斜坡采样的像素级时间幅度变换器

摘要

针对三维成像激光焦平面读出电路中传统像素级时间幅度变换器(rime-to-Amplitude Converter,TAC)在精度与动态范围之间的矛盾,提出了基于双斜坡采样的像素级TAC,在采样时间间隔内同时采样低斜率阶梯波和高斜率三角波电压值,并以阶梯波采样的电压值进行时间间隔粗量化,再以三角波采样的电压值实现时间间隔细量化.由于两个不同斜率斜坡信号分别进行了粗量化和细量化,从而在保证量化精度的同时,有效提升了动态范围.其中阶梯波采用温度计编码方式的电流舵DAC实现,保证了逻辑电路时序的单一性和阶梯波的精度.提出的TAC基于0.18μmCMOS工艺进行设计,模拟结果表明,在量化电压为11.7 mV时,量化精度达14位,最小时间分辨精度达到了500 ps,动态范围可达8μs,非常适用于以车用激光雷达为代表的高速三维成像应用.