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CN113840105B - 用于dtof传感器的路由 - Google Patents

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CN113840105B
CN113840105B CN202110623662.4A CN202110623662A CN113840105B CN 113840105 B CN113840105 B CN 113840105B CN 202110623662 A CN202110623662 A CN 202110623662A CN 113840105 B CN113840105 B CN 113840105B
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Abstract

本申请涉及用于DTOF传感器的路由。一种ToF传感器包括：具有第一像素子集和第二像素子集的像素阵列、第一多个TDC和第二多个TDC、具有第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器的路由总线、以及控制器，控制器被配置为：当第一像素子集活动并且第二像素子集非活动时，控制第一多个总线驱动器将事件从第一子集的一半像素路由到第一多个TDC，并且控制第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器将事件从第一像素子集中的另一半像素路由到第二多个TDC，并且当第一像素子集非活动并且第二像素子集活动时，控制第一多个总线驱动器将事件从第二像素子集路由到第一多个TDC。

Description

用于DTOF传感器的路由
技术领域
本公开总体上涉及一种电子系统和方法，并且在特定实施例中涉及用于直接飞行时间(DTOF)传感器的路由。
背景技术
DTOF图像传感器使用飞行时间(ToF)技术来确定距目标的距离，以提供例如3D深度图。图1示出了DTOF系统100的示意图。DTOF系统100包括照射源106、单光子雪崩二极管(SPAD)阵列104、时间数字转换器(TDC)102和处理器110。路由块112将SPAD阵列104耦合到TDC 102(例如，经由金属迹线和逻辑电路)。SPAD阵列104、路由块112和TDC 102通常在同一集成电路(IC)中实现。
DTOF传感器通常包括图像捕获机制、(多个)数据转换器、频率和定时生成电路、以及数字信号处理和数据压缩/存储的至少一部分。因此，在某些情况下，TDC 102、SPAD阵列104、定时发生器电路108和路由块112共同称为DTOF传感器。在某些情况下，DTOF传感器还包括处理器110(或处理器110的一部分)。
在正常操作期间，例如，在由定时发生器电路108控制的时间，照射源106向对象116发射光脉冲112。反射光脉冲114由SPAD阵列104感测并且被路由到TDC 102(位于SPAD阵列104外部)。TDC102生成在光脉冲112的发射与反射光脉冲114的接收之间的时间的数字表示。处理器110然后例如通过基于TDC 102的输出以已知方式生成ToF直方图来确定到物体116的距离。
SPAD阵列104可以由以行和列布置的多个像素形成，其中每个像素包括一个或多个SPAD。对于每个像素，图2中示出了常规DTOF信号链。如图2所示，(SPAD阵列104的)SPAD202经由路由块204耦合到(TDC 102的)TDC 206(其中路由块204可以可选地包括OR树)。即使SPAD 202包括8个SPAD，也可以使用不同数目的SPAD，诸如1、2、4、10、16等。
发明内容
根据一个实施例，一种飞行时间(ToF)传感器包括：以行和列布置的像素阵列，像素阵列包括第一像素子集和第二像素子集，像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号；第一多个时间数字转换器(TDC)；第二多个TDC；第一路由总线，耦合到第一多个TDC和第二多个TDC以及第一像素子集和第二像素子集，第一路由总线包括与第一像素子集相关联的第一多个总线驱动器和与第二像素子集相关联的第二多个总线驱动器，第一多个总线驱动器经由第二多个总线驱动器耦合到第二多个TDC，并且第二多个总线驱动器经由第一多个总线驱动器耦合到第一多个TDC；以及控制器，被配置为：当第一像素子集活动并且第二像素子集非活动时，控制第一多个总线驱动器将事件信号从第一像素子集中的一半像素路由到第一多个TDC，并且控制第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器将事件信号从第一像素子集中的另一半像素路由到第二多个TDC，以及当第一像素子集非活动并且第二像素子集活动时，控制第一多个总线驱动器将事件信号从第二像素子集路由到第一多个TDC。
根据一个实施例，一种方法包括：激活飞行时间(ToF)传感器的像素阵列的第一像素子集，像素阵列以行和列布置；当第一像素子集活动时，控制第一路由总线的第一多个总线驱动器将事件信号从第一像素子集中的一半像素路由到第一多个TDC，并且控制第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器将事件信号从第一像素子集中的另一半像素路由到第二多个TDC，其中第一多个总线驱动器经由第二多个总线驱动器耦合到第二多个TDC，其中第二多个总线驱动器经由第一多个总线驱动器耦合到第一多个TDC，其中第一多个总线驱动器与第一像素子集相关联，并且其中第二多个总线驱动器与像素阵列中的第二像素子集相关联；激活第二像素子集；以及当第二像素子集活动时，控制第一多个总线驱动器将事件信号从第二像素子集路由到第一多个TDC。
根据一个实施例，一种集成电路(IC)包括：以行和列布置的像素阵列，像素阵列包括第一像素子集，像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号；物理上设置在像素阵列的顶部处的多个顶部时间数字转换器(TDC)；物理上设置在像素阵列的底部处的多个底部TDC；路由总线，耦合到多个顶部TDC和多个底部TDC以及第一像素子集，路由总线包括与第一像素子集相关联的多个总线驱动器；以及控制器，被配置为：当第一像素子集活动时，控制多个总线驱动器将事件信号从第一像素子集中的上半部分像素路由到多个顶部TDC，并且将事件信号从第一像素子集中的下半部分像素路由到多个底部TDC，并且当第一像素子集非活动时，控制所有多个总线驱动器将路由总线的事件信号路由到多个顶部TDC。
根据一个实施例，一种飞行时间(ToF)传感器包括：以行和列布置的像素阵列，像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号，像素阵列包括像素子集；耦合到像素子集的路由总线；多个时间捕获电路，耦合到路由总线；以及控制器，被配置为：当像素子集处于积分模式时，将事件信号从像素子集中的第一像素经由路由总线的第一路由线路由到多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路，以及当像素子集处于读出模式时，将数据从第一时间捕获电路经由第一路由线路由到读取电路。
根据一个实施例，一种方法包括：将飞行时间(ToF)传感器的像素阵列中的像素子集设置为积分模式，像素阵列以行和列布置；当像素子集处于积分模式时，将事件信号从像素子集中的第一像素经由路由总线的第一路由线路由到多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路；将像素子集设置为读出模式；以及当像素子集处于读出模式时，将数据从第一时间捕获电路经由第一路由线路由到读取电路。
根据一个实施例，一种集成电路(IC)包括：以行和列布置的像素阵列，像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号，像素阵列包括像素子集；路由总线，耦合到像素子集，路由总线包括J个路由线，其中J为大于1的正整数，其中J个路由线中的每个路由线耦合到像素子集中的多于1个像素；多个时间捕获电路，耦合到路由总线；以及控制器，被配置为：当像素子集处于积分模式时，将事件信号从像素子集中的第一像素经由路由总线的第一路由线路由到多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路，以及当像素子集处于读出模式时，将数据从第一时间捕获电路经由第一路由线路由到读取电路。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：
图1示出了DTOF系统的示意图；
图2示出了常规DTOF信号链的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的DTOF图像传感器的像素阵列的可能实现的布局的俯视图(未按比例)；
图4A-图4C示出了根据本发明的实施例的图3的像素阵列中的像素的子集的可能实现的不同细节水平；
图5示出了根据本发明的实施例的图3的像素阵列的像素列；
图6A-图6C示出了根据本发明的实施例的图3的像素阵列中的像素的子集的可能实现的不同细节水平；以及
图7示出了根据本发明的实施例的图3的像素阵列的像素列。
除非另外指出，否则不同图中的对应数字和符号通常指代对应部分。附图被绘制以清楚地示出优选实施例的相关方面，而不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面将详细讨论所公开的实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了很多可应用的发明构思，这些发明构思可以在各种各样的特定环境中体现。所讨论的特定实施例仅说明做出和使用本发明的特定方式，而不限制本发明的范围。
以下描述示出了各种具体细节，以提供对根据该描述的若干示例实施例的深入理解。实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者在其他方法、组件、材料等的情况下获取。在其他情况下，已知的结构、材料或操作没有示出或详细描述，以免混淆实施例的不同方面。在本说明书中对“一个实施例”的引用指示相对于该实施例而描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的不同位置处的诸如“在一个实施例中”等短语不一定精确地指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定形式、结构或特征可以以任何适当方式组合。
将在用于(例如，高密度)DTOF图像传感器的路由的特定上下文中描述本发明的实施例。本发明的实施例可以用在其他类型的传感器中，诸如其他类型的基于SPAD的图像传感器、以及不基于SPAD的传感器，诸如CMOS传感器(其中例如，SPAD被替换为CMOS传感器，并且逻辑和三态缓冲被替换为例如基于源极跟随器的读出电路。
DTOF图像传感器通常是数据繁重的，其需要路由很多信号。例如，SPAD 202与TDC206之间的路由可以包括金属迹线，该金属迹线例如形成在包括SPAD阵列104和TDC 102的IC的金属层中。例如，每个SPAD或每组SPAD 202可以通过三态缓冲器连接到全高列线(fullheight column line)，该全高列线连接到TDC 206。
诸如SPAD 202与TDC 206之间的信号等一些信号对定时敏感。对于这样的信号，可能需要跨路由过程以及在整个过程、电压和温度(PVT)变化中保持定时精度。诸如TDC 206与处理器110之间的信号等一些信号携带高频数据，从而影响功耗。在高分辨率DTOF传感器(例如，具有成百上千个SPAD或更多)中，路由DTOF传感器信号可能具有挑战性。
一些实施例有利地减少了DTOF图像传感器中的路线数目和/或路线长度，例如，以提高定时精度，和/或减少功耗，和/或减小面积，和/或实现更高像素密度，和/或实现更高分辨率。
图3示出了根据本发明的实施例的DTOF图像传感器300的像素阵列302的可能实现的布局的俯视图(未按比例)。像素阵列302包括M列和N行像素304。每个像素304包括1个或多个SPAD。像素阵列302包括多个像素子集304(为清楚起见，在图3中仅示出了一个像素子集，即，活动像素子集306)。
在正常操作期间，不同像素子集被顺序地激活以感测光，从而允许ToF确定。例如，图3示出了活动像素子集306。活动像素子集306内的像素304是活动的，而活动像素子集306之外的像素304是非活动的。应当理解，活动子集306表示当前活动的像素子集304，并且活动子集306的位置可以在积分过程中动态地改变(例如，在每个像素子集上沿垂直方向顺序地)。
活动像素子集306内的像素304(也称为活动像素)感测反射光脉冲114。当活动像素304被光激发时，对应的(多个)TDC(图3中未示出)感测由活动像素304产生的事件。然后，(多个)TDC生成对应时间戳(基于所接收的事件)，该时间戳然后用于以已知方式生成ToF直方图。由活动像素304感测光的过程以及对应时间戳和ToF直方图的生成可以称为积分过程。
一旦积分过程完成(例如，在像素阵列302的所有像素子集上)，就在数据读出过程中读取(例如，由处理器110)与像素304相关联的数据(例如，对应时间戳或ToF直方图)。
在一些实施例中，M和N可以大于100，诸如120、210或360。还可以使用M和N的其他值，诸如高于360或低于100。在一些实施例中，M可以不同于N。
在一些实施例中，像素阵列302中的每个像素子集(例如，诸如活动像素子集306)可以具有M列和N/k行，其中k是大于或等于1的正整数。在一些实施例中，例如，每个像素子集可以具有少于M个列，诸如M/2、M/3或不同数目。
作为非限制性示例，在一个实施例中，N等于360，M等于120，并且k等于12。在这样的实施例中，每个像素子集包括每一列30个像素，并且包括120列像素304。
在这样的实施例的积分过程期间，可以通过(多个)专用TDC和直方图生成电路(未示出)来处理由活动像素子集306的每一列Coli(在该示例中，3600个活动像素被划分为120列)中的活动像素304生成的事件。一旦像素子集306内的活动像素304完成积分过程，这样的活动像素就变为非活动，并且下一像素子集(诸如紧接在像素子集306下方的像素子集)变为活动。
一旦像素阵列302的所有像素子集304已经在积分过程期间被(例如，顺序地)激活，则在数据读出过程中读取与每个像素304相关联的数据(例如，对应时间戳或ToF直方图)。
在一些实施例中，像素阵列302在IC内部的单个单片衬底中实现。在一些实施例中，单个单片衬底还可以包括TDC、直方图生成电路和照射源。在一些实施例中，处理器110或处理器110的部分也可以集成在IC内部。
在本发明的实施例中，通过将TDC设置在SPAD子集的上方和下方来减少DTOF传感器内部的路由。拆分总线将SPAD子集中的一半SPAD路由到对应顶部TDC，将另一半SPAD路由到对应底部TDC。在一些实施例中，与将每列SPAD路由到单个位置中的TDC的实现(例如，SPAD子集上方的所有TDC或SPAD子集下方的所有TDC)相比，拆分总线有利地允许路由两倍数目的SPAD。
根据本发明的实施例，图4A-图4C示出了像素子集400的列Coli的细节的不同级别。像素阵列302的每个像素子集(诸如活动像素子集306)可以被实现为像素子集400。可以理解，列Coli可以是像素阵列302中的M列中的任何列。
如图4A所示，像素子集400的列Coli包括耦合到相应总线驱动电路415的多个像素304。每个像素包括SPAD前端电路410、SPAD412和缓冲器414。每个总线驱动电路415包括耦合到路由总线402的多个总线驱动器(416或424)。如图4A所示，路由总线402耦合到多个顶部TDC 404和多个底部TDC 406。每个总线驱动器(416或424)可以将接收信号向上路由到多个顶部TDC 404中的相应TDC或向下路由到多个底部TDC 406中的相应TDC。
即使图4A示出了包括耦合到缓冲器414的单个SPAD 412的每个像素304，但是可以理解，一些实施例可以将单个SPAD 412和缓冲器414替换为耦合到OR树的多个SPAD(诸如SPAD 202)。
如图4A和4B所示，每个SPAD 412耦合到至少一个总线驱动器电路416。
总线驱动器416被配置为例如在选择信号Sel等于1时通过路由总线402向上(经由缓冲器420)或向下(经由缓冲器422)在缓冲器414的输出处传播信号。当选择信号Sel等于例如0时，信号S420由多路复用器(MUX)418缓冲到缓冲器422的输入中，该输入将该信号经由缓冲器422向下传播。当选择信号Sel等于例如2时，信号S422由MUX 418缓冲到缓冲器420的输入中，该输入将该信号经由缓冲器420向上传播。换言之，当选择信号Sel等于例如1时，总线驱动器416从对应SPAD 412传播该信号(向上或向下)，例如，取决于SPAD相对于像素子集400的位置。而且，当选择信号Sel等于例如0或1时，总线驱动器的行为如同向上(例如，当Sel＝2时)或向下(例如，当Sel＝0时)缓冲来自路由总线402的信号的缓冲器。
缓冲器420和422可以以本领域中已知的任何方式来实现。例如，在一些实施例中，缓冲器420和422可以用一个或多个反相器来实现。
总线驱动器424被配置为从路由总线402向上或向下传播信号。如图所示，总线驱动器424能够动态地重新配置缓冲的方向。在一些实施例中，总线驱动器424可以被实现为总线驱动器416。
控制器450被配置成为像素子集400的总线驱动器416和424中的每个生成选择信号Sel，以将它们配置为向上缓冲器(例如，Sel＝2)、向下缓冲器(例如，Sel＝0)，或者用于缓冲其相应SPAD的事件信号(例如，Sel＝0)。
一些实施例包括每个像素子集400的一个控制器450。其他实施例包括用于像素阵列302中的所有像素子集的单个控制器450。其他实现也是可能的。
例如，控制器450可以使用例如耦合到存储器(例如，诸如寄存器、OTP、ROM或RAM)的组合逻辑(例如，诸如有限状态机)来实现。
在一些实施例中，当像素子集400的列Coli包括L个像素304时，路由总线402包括L/2个路由线。例如，当像素子集400的列Coli具有30个像素304时，路由总线402具有15个像素线(其分别耦合到15个TDC 404和15个TDC 406)。在一些实施例中，L可以高于30，诸如40或更高，或者可以低于30，诸如20或更低。
如图4B所示，路由总线402的每个路由线由像素子集400的列Coli中的两个像素304共享，以传播与其相应SPAD相关联的信号(如存在总线驱动器416所示)。
图4C示出了根据本发明的实施例的像素阵列302的列Coli的俯视图，分别示出了像素304、路由总线402和对应总线驱动器电路415以及顶部TDC 404和底部TDC 406的物理布置。
在正常操作期间，当像素子集400活动时，控制器450配置总线驱动器416和424，使得每个像素304使用总线驱动器416传播与其相应SPAD 412相关联的事件信号。上半部分像素304经由耦合在相应总线驱动器416与顶部TDC 404之间的总线驱动器424来将其相应事件信号向上传播到顶部TDC 404。下半部分像素经由相应总线驱动器416与底部TDC 406之间的总线驱动器424将其相应事件信号向下传播到底部TDC 406。
在正常操作期间，在活动像素子集下方的像素子集将其总线驱动器416和424作为将路由总线402的信号向下缓冲到底部TDC 406的缓冲器来操作。以类似的方式，活动像素子集上方的像素子集将其总线驱动器416和424作为将路由总线402的信号向上缓冲到顶部TDC 404的缓冲器来操作。
在一些实施例中，使用总线驱动器424有利地允许保留由SPAD412生成的事件信号的定时精度。在一些实施例中，可以使用附加缓冲器和/或反相器来平衡来自SPAD 412的事件信号。
在一些实施例中，可以选择相对于像素子集400中的像素304的位置的总线驱动器416的位置以平衡定时。例如，在一些实施例中，最靠近像素子集400的顶部的像素304(和最靠近底部的一个像素)的其对应总线驱动器416最靠近右侧，而最靠近像素子集400的中心的一对像素304的其对应总线驱动器416最靠近左侧，例如，以与像素子集400的边缘处的像素相比，补偿最靠近像素子集400的中心的像素的较长路由。
SPAD前端电路410被配置为偏置SPAD 412。在一些实施例中，SPAD前端电路具有被配置为接收spad_enable信号(未示出)的使能输入。在这样的实施例中，当spad_enable信号被断言(asserted)时，SPAD前端电路可以启用SPAD 412。在一些实施例中，激活SPAD包括断言spad_enable信号。在一些实施例中，激活SPAD子集包括断言SPAD子集中的每个SPAD的spad_enable信号。SPAD前端电路410可以以本领域中已知的任何方式来实现。
如图4A-图4C所示，一些实施例包括在列Coli的顶部处的顶部TDC 404和在列Coli的底部处的底部TDC 406。一些实施例可以具有嵌入在像素阵列302中的附加TDC行。例如，图5示出了根据本发明的实施例的像素阵列302的列Coli。
图5的实施例以与图4A-图4C所示的实施例类似的方式操作。然而，图5的实施例在像素304的列Coli中包括两个拆分路由总线402。在这样的实施例中，两个活动像素子集500可以同时执行积分过程。一些实施例可以包括多于两个拆分路由总线402。
在本发明的实施例中，通过共享用于将SPAD事件(例如，SPAD脉冲)从每个SPAD子集路由到对应阵列内TDC和直方图生成电路并且用于数据读取的总线，减少了DTOF传感器内部的路由。
图6A-图6C示出了根据本发明的实施例的像素子集600的列Coli的不同级别的细节。像素阵列302的每个像素子集(诸如活动像素子集306)可以被实现为像素子集600。可以理解，列Coli可以是像素阵列302中的M列中的任何列。
如图6A所示，像素子集600的列Coli包括经由相应总线驱动电路602耦合到路由总线620的多个像素304。如图6B所示，路由总线620具有J个路由线，其中J是大于或等于1的正整数。路由线620j可以是路由总线620的J个路由线中的任何一个。
每个像素304包括SPAD前端电路410、SPAD 412和缓冲器414。每个总线驱动电路602包括耦合到路由总线620的路由线620j的三态缓冲器606和MUX 604。如图6A所示，路由线620j耦合到多个时间捕获电路608，其中每个时间捕获电路608包括TDC 610和直方图生成电路612。
多个时间捕获电路608跨列Colj的所有像素子集而被共享，并且每列像素具有其对应的多个时间捕获电路608。
在像素子集600的积分过程期间(当像素子集600活动并且处于积分模式时)，read_histogram信号被解除断言(例如，逻辑低)，buffer_enable信号被断言(例如，逻辑高)，并且spad_enable信号被断言(例如，逻辑高)，并且section_enable信号被解除断言(例如，逻辑低)。在该状态期间，路由线620j被配置为将由SPAD 412生成的事件信号经由缓冲器414、MUX 604和三态缓冲器606传播到路由线620j中。TDC 610从路由线620j接收所生成的事件信号，并且直方图生成电路612基于TDC 610的输出来生成ToF直方图。由于三态缓冲器614被禁用，因此耦合到路由线620j的每个像素304彼此隔离，使得每个像素304可以与对应时间捕获电路608协作执行积分操作。
在读出过程期间(当像素子集600处于读出模式时)，read_histogram信号被断言(例如，逻辑高)，spad_enable信号被解除断言(例如，逻辑低)，并且section_enable信号被断言(例如，逻辑高)。在该状态期间，buffer_enable信号被顺序地断言(例如，逻辑高)使得来自每个直方图生成电路612的数据(例如，ToF直方图数据，诸如每个仓(bin)的计数)经由阵列总线(例如，其中阵列总线包括(例如，垂直)路由线，该路由线连接三态缓冲器614、606和TDC 610)顺序地传播到MUX 604，并且然后传播到三态缓冲器606以进入路由线620j中。然后，处理器110顺序地从每个直方图生成电路612接收数据，并且例如可以执行进一步的处理。
在一些实施例中，路由总线620的J个(例如，垂直)路由线以(例如，垂直)模式重复。例如，如果像素子集600每列具有30个像素304，并且J为10，则每个像素子集600有3个像素耦合到路由总线620的每个路由线。图案针对列Coli的每个像素子集重复。
在这样的示例中，存在与列Coli相关联并且耦合到路由总线620的30个TDC 610(以及对应直方图生成电路)(3个TDC耦合到路由总线620的10个路由线中的每个)。
如图6C所示，每一列Coli包括一列像素304和一列时间捕获电路608。在一些实施例中，像素阵列302包括与M列时间捕获电路608交替的M列像素304，其中M是大于1的正整数。其他布置也是可能的。例如，在一些实施例中，像素阵列302包括与M/2对时间捕获电路608列交替的M/2对像素304列(例如，以镜像布置)。
控制器650被配置为生成read_histogram、buffer_enable、spad_enable和section_enable信号，以配置像素子集600，例如用于积分或用于读出。
一些实施例包括每个像素子集600的一个控制器650。其他实施例包括用于像素阵列302中的所有像素子集的单个控制器650。其他实现也是可能的。
例如，控制器650可以使用例如耦合到存储器(例如，诸如寄存器、OTP、ROM或RAM)的组合逻辑(例如，诸如有限状态机)来实现。
一些实施例的优点包括通过共享路由总线以在积分期间路由SPAD脉冲并且在数据读出期间路由直方图数据来减少路由。在一些实施例中，路由的减少可以允许实现更高分辨率的DTOF传感器，因为可以缓解或避免例如与将路由线耦合到直方图生成电路相关联的路由拥塞的复杂度，其可能比像素大得多(例如，可以在多个像素的高度上扩展)。一些实施例可以有利地实现非常紧凑的实现，因为在阵列外部没有用于直方图生成电路的附加区域。
图7示出了根据本发明的实施例的像素阵列302的列Coli。图7的实施例以与图6A-图6C所示的实施例类似的方式操作。然而，图7的实施例包括缓冲器704，缓冲器704用于将直方图数据直接缓冲到路由线620j中而不经过总线驱动电路602。
这里总结了本发明的示例实施例。从本文中提交的整个说明书和权利要求书中也可以理解其他实施例。
示例1.一种飞行时间(ToF)传感器，包括：以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列包括第一像素子集和第二像素子集，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号；第一多个时间数字转换器(TDC)；第二多个TDC；第一路由总线，耦合到所述第一多个TDC和所述第二多个TDC以及所述第一像素子集和所述第二像素子集，所述第一路由总线包括与所述第一像素子集相关联的第一多个总线驱动器和与所述第二像素子集相关联的第二多个总线驱动器，所述第一多个总线驱动器经由所述第二多个总线驱动器耦合到所述第二多个TDC，并且所述第二多个总线驱动器经由所述第一多个总线驱动器耦合到所述第一多个TDC；以及控制器，被配置为：当所述第一像素子集活动并且所述第二像素子集非活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的一半像素路由到所述第一多个TDC，并且控制所述第一多个总线驱动器和所述第二多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的另一半像素路由到所述第二多个TDC，以及当所述第一像素子集非活动并且所述第二像素子集活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第二像素子集路由到所述第一多个TDC。
示例2.根据示例1所述的ToF传感器，其中：所述第一像素子集包括L个像素，L为大于1的正整数；所述第二像素子集包括L个像素；以及所述第一路由总线包括L/2个路由线。
示例3.根据示例1或2之一所述的ToF传感器，其中L为30。
示例4.根据示例1至3之一所述的ToF传感器，其中所述第一路由总线中的每个路由线被配置为从所述第一像素子集中的两个像素接收事件信号。
示例5.根据示例1至4之一所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第二像素子集物理地设置在所述第一多个TDC与所述第二多个TDC之间。
示例6.根据示例1至5之一所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集中的每个像素包括耦合到所述第一多个总线驱动器中的相应总线驱动器的单光子雪崩二极管(SPAD)。
示例7.根据示例1至6之一所述的ToF传感器，其中所述第一多个总线驱动器中的每个总线驱动器包括：多路复用器；第一缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的输出的输入和耦合到所述多路复用器的第一输入的输出；以及第二缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的输出的输入和耦合到所述多路复用器的第二输入的输出。
示例8.根据示例1至7之一所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第二像素子集对应于所述像素阵列中的第一像素列，所述ToF传感器还包括：与所述像素阵列中的第二像素列相关联的第二路由总线，其中所述第二像素列包括第三像素子集；以及第三多个TDC和第四多个TDC，其中当所述第三像素子集活动时，所述第二路由总线被配置为将事件信号从所述第三像素子集中的一半像素路由到所述第三多个TDC，并且将事件信号从所述第三像素子集中的另一半像素路由到所述第四多个TDC。
示例9.根据示例1至8之一所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第三像素子集被配置为同时活动。
示例10.根据示例1至9之一所述的ToF传感器，还包括被配置为生成光脉冲的照射源，其中所述像素阵列中的像素被配置为从基于所生成的光脉冲的光脉冲来生成事件信号。
示例11.根据示例1至10之一所述的ToF传感器，还包括被配置为基于所述第一多个TDC的输出和所述第二多个TDC的输出来生成ToF直方图的处理器。
示例12.一种方法，包括：激活飞行时间(ToF)传感器的像素阵列的第一像素子集，所述像素阵列以行和列布置；当所述第一像素子集活动时，控制第一路由总线的第一多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的一半像素路由到第一多个TDC，并且控制所述第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的另一半像素路由到第二多个TDC，其中所述第一多个总线驱动器经由所述第二多个总线驱动器耦合到所述第二多个TDC，其中所述第二多个总线驱动器经由所述第一多个总线驱动器耦合到所述第一多个TDC，其中所述第一多个总线驱动器与所述第一像素子集相关联，并且其中所述第二多个总线驱动器与所述像素阵列中的第二像素子集相关联；激活所述第二像素子集；以及当所述第二像素子集活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第二像素子集路由到所述第一多个TDC。
示例13.根据示例12所述的方法，还包括从所述第一像素子集中的两个像素利用所述第一路由总线的路由线接收事件信号。
示例14.根据示例12或13之一所述的方法，还包括：生成多个光脉冲；以及接收具有所述像素阵列的反射光脉冲，其中来自所述第一像素子集中的像素的所述事件信号基于所述反射光脉冲。
示例15.根据示例12至14之一所述的方法，还包括基于来自所述第一多个TDC的输出和所述第二多个TDC的输出来生成ToF直方图。
示例16.根据示例12至15之一所述的方法，其中：所述第一像素子集包括L个像素，L为大于1的正整数；所述第二像素子集包括L个像素；以及所述第一路由总线包括L/2个路由线。
示例17.一种集成电路(IC)，包括：以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列包括第一像素子集，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号；物理上设置在所述像素阵列的顶部处的多个顶部时间数字转换器(TDC)；物理上设置在所述像素阵列的底部处的多个底部TDC；路由总线，耦合到所述多个顶部TDC和所述多个底部TDC以及所述第一像素子集，所述路由总线包括与所述第一像素子集相关联的多个总线驱动器；以及控制器，被配置为：当所述第一像素子集活动时，控制所述多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的上半部分像素路由到所述多个顶部TDC，并且将事件信号从所述第一像素子集中的下半部分像素路由到所述多个底部TDC，并且当所述第一像素子集非活动时，控制所有所述多个总线驱动器将所述路由总线的事件信号路由到所述多个顶部TDC。
示例18.根据示例17所述的IC，其中所述路由总线的每个路由线被配置为从所述第一像素子集中的两个像素接收事件信号。
示例19.根据示例17或18之一所述的IC，其中：所述第一像素子集包括L个像素，L为大于1的正整数；以及所述路由总线包括L/2个路由线。
示例20.根据示例17至19之一所述的IC，其中所述多个总线驱动器中的每个总线驱动器包括：多路复用器；第一缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的输出的输入和耦合到所述多路复用器的第一输入的输出，所述第一缓冲器的所述输出还耦合到所述多个顶部TDC中的顶部TDC；以及第二缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的所述输出的输入和耦合到所述多路复用器的第二输入的输出，所述第二缓冲器的所述输出还耦合到所述多个底部TDC中的底部TDC。
示例21.一种飞行时间(ToF)传感器，包括：以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号，所述像素阵列包括像素子集；耦合到所述像素子集的路由总线；多个时间捕获电路，耦合到所述路由总线；以及控制器，被配置为：当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述像素子集中的第一像素经由所述路由总线的第一路由线路由到所述多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路，以及当所述像素子集处于读出模式时，将数据从所述第一时间捕获电路经由所述第一路由线路由到读取电路。
示例22.根据示例21所述的ToF传感器，其中所述第一路由线包括耦合在所述第一像素与所述像素子集中的第二像素之间的部分三态缓冲器，并且其中所述控制器还被配置为：当所述像素子集处于积分模式时，禁用所述部分三态缓冲器；以及当所述像素子集处于读出模式时，启用所述部分三态缓冲器。
示例23.根据示例21或22之一所述的ToF传感器，其中所述控制器还被配置为：当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述第二像素经由所述第一路由线路由到所述多个时间捕获电路中的第二时间捕获电路。
示例24.根据示例21至23之一所述的ToF传感器，其中所述第一时间捕获电路包括时间数字转换器(TDC)。
示例25.根据示例21至24之一所述的ToF传感器，其中所述第一时间捕获电路还包括直方图生成电路，并且其中将数据从所述第一时间捕获电路路由到所述读取电路包括路由ToF直方图。
示例26.根据示例21至25之一所述的ToF传感器，其中所述多个时间捕获电路中的每个时间捕获电路包括耦合到所述路由总线的相应三态缓冲器。
示例27.根据示例21至26之一所述的ToF传感器，其中所述像素子集中的每个像素包括经由相应总线驱动电路耦合到所述路由总线的单光子雪崩二极管(SPAD)。
示例28.根据示例21至27之一所述的ToF传感器，其中每个总线驱动电路包括耦合到所述路由总线的三态缓冲器。
示例29.根据示例21至28之一所述的ToF传感器，其中每个总线驱动电路还包括多路复用器，所述多路复用器具有耦合到相应SPAD的第一输入、耦合到所述多个时间捕获电路中的对应时间捕获电路的第二输入和耦合到相应三态缓冲器的输出。
示例30.根据示例21至29之一所述的ToF传感器，其中所述像素子集对应于所述像素阵列中的第一像素列，所述ToF传感器还包括：与所述像素阵列中的第二像素列相关联的第二路由总线，其中所述第二像素列包括第二像素子集；以及耦合到所述第二路由总线的第二多个时间捕获电路，其中当所述第二像素子集处于积分模式时，所述第二路由总线的第二路由线被配置为将事件信号从所述第二像素子集中的第二像素路由到所述第二多个时间捕获电路中的第二时间捕获电路，以及当所述第二像素子集处于读出模式时，所述第二路由线被配置为将数据从所述第二时间捕获电路路由到所述读取电路。
示例31.根据示例21至30之一所述的ToF传感器，其中所述像素子集和所述第二像素子集被配置为同时处于积分模式。
示例32.根据示例21至31之一所述的ToF传感器，其中所述读取电路包括外部处理器。
示例33.根据示例21至32之一所述的ToF传感器，还包括被配置为生成光脉冲的照射源，其中所述像素阵列中的像素被配置为从基于所生成的光脉冲的光脉冲来生成事件信号。
示例34.一种方法，包括：将飞行时间(ToF)传感器的像素阵列中的像素子集设置为积分模式，所述像素阵列以行和列布置；当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述像素子集中的第一像素经由路由总线的第一路由线路由到多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路；将所述像素子集设置为读出模式；以及当所述像素子集处于读出模式时，将数据从所述第一时间捕获电路经由所述第一路由线路由到读取电路。
示例35.根据示例34所述的方法，还包括：当所述像素子集处于积分模式时，禁用耦合在所述第一像素与所述像素子集中的第二像素之间的部分三态缓冲器；以及当所述像素子集处于读出模式时，启用所述部分三态缓冲器。
示例36.根据示例34或35之一所述的方法，还包括：当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述第二像素经由所述第一路由线路由到所述多个时间捕获电路中的第二时间捕获电路。
示例37.根据示例34至36之一所述的方法，还包括：生成多个光脉冲；以及接收具有所述像素阵列的反射光脉冲，其中所述事件信号基于所述反射光脉冲。
示例38.一种集成电路(IC)，包括：以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号，所述像素阵列包括像素子集；路由总线，耦合到所述像素子集，所述路由总线包括J个路由线，其中J为大于1的正整数，其中所述J个路由线中的每个路由线耦合到所述像素子集中的多于1个像素；多个时间捕获电路，耦合到所述路由总线；以及控制器，被配置为：当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述像素子集中的第一像素经由所述路由总线的第一路由线路由到所述多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路，以及当所述像素子集处于读出模式时，将数据从所述第一时间捕获电路经由所述第一路由线路由到读取电路。
示例39.根据示例38所述的IC，其中所述J个路由线中的每个路由线耦合到所述像素子集中的3个像素。
示例40.根据示例38或39之一所述的IC，其中所述像素阵列以交替图案包括M个像素列和M个TDC列，其中M为大于1的正整数。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并非旨在以限制性意义来解释。通过参考说明书，示例性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是很清楚的。因此，意图在于，所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (19)

1.一种飞行时间ToF传感器，包括：
以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列包括第一像素子集和第二像素子集，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号；
第一多个时间数字转换器TDC；
第二多个TDC；
第一路由总线，耦合到所述第一多个TDC和所述第二多个TDC以及所述第一像素子集和所述第二像素子集，所述第一路由总线包括与所述第一像素子集相关联的第一多个总线驱动器和与所述第二像素子集相关联的第二多个总线驱动器，所述第一多个总线驱动器经由所述第二多个总线驱动器耦合到所述第二多个TDC，并且所述第二多个总线驱动器经由所述第一多个总线驱动器耦合到所述第一多个TDC；以及
控制器，被配置为：
当所述第一像素子集活动并且所述第二像素子集非活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的一半像素路由到所述第一多个TDC，并且控制所述第一多个总线驱动器和所述第二多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的另一半像素路由到所述第二多个TDC，以及
当所述第一像素子集非活动并且所述第二像素子集活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第二像素子集路由到所述第一多个TDC。
2.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中：
所述第一像素子集包括L个像素，L为大于1的正整数；
所述第二像素子集包括L个像素；以及
所述第一路由总线包括L/2个路由线。
3.根据权利要求2所述的ToF传感器，其中L为30。
4.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中所述第一路由总线中的每个路由线被配置为从所述第一像素子集中的两个像素接收事件信号。
5.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第二像素子集被物理地设置在所述第一多个TDC与所述第二多个TDC之间。
6.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集中的每个像素包括单光子雪崩二极管SPAD，所述SPAD耦合到所述第一多个总线驱动器中的相应总线驱动器。
7.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中所述第一多个总线驱动器中的每个总线驱动器包括：
多路复用器；
第一缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的输出的输入和耦合到所述多路复用器的第一输入的输出；以及
第二缓冲器，具有耦合到所述多路复用器的输出的输入和耦合到所述多路复用器的第二输入的输出。
8.根据权利要求1所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第二像素子集对应于所述像素阵列中的第一像素列，所述ToF传感器还包括：
与所述像素阵列中的第二像素列相关联的第二路由总线，其中所述第二像素列包括第三像素子集；以及
第三多个TDC和第四多个TDC，其中当所述第三像素子集活动时，所述第二路由总线被配置为将事件信号从所述第三像素子集中的一半像素路由到所述第三多个TDC，并且将事件信号从所述第三像素子集中的另一半像素路由到所述第四多个TDC。
9.根据权利要求8所述的ToF传感器，其中所述第一像素子集和所述第三像素子集被配置为同时活动。
10.根据权利要求1所述的ToF传感器，还包括被配置为生成光脉冲的照射源，其中所述像素阵列中的像素被配置为从基于所生成的光脉冲的光脉冲来生成事件信号。
11.根据权利要求10所述的ToF传感器，还包括处理器，所述处理器被配置为基于所述第一多个TDC的输出和所述第二多个TDC的输出来生成ToF直方图。
12.一种操作飞行时间ToF传感器的方法，包括：
激活飞行时间ToF传感器的像素阵列的第一像素子集，所述像素阵列以行和列布置；
当所述第一像素子集活动时，控制第一路由总线的第一多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的一半像素路由到第一多个TDC，并且控制所述第一多个总线驱动器和第二多个总线驱动器将事件信号从所述第一像素子集中的另一半像素路由到第二多个TDC，其中所述第一多个总线驱动器经由所述第二多个总线驱动器耦合到所述第二多个TDC，其中所述第二多个总线驱动器经由所述第一多个总线驱动器耦合到所述第一多个TDC，其中所述第一多个总线驱动器与所述第一像素子集相关联，并且其中所述第二多个总线驱动器与所述像素阵列中的第二像素子集相关联；
激活所述第二像素子集；以及
当所述第二像素子集活动时，控制所述第一多个总线驱动器将事件信号从所述第二像素子集路由到所述第一多个TDC。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括从所述第一像素子集中的两个像素利用所述第一路由总线的路由线来接收事件信号。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
生成多个光脉冲；以及
接收具有所述像素阵列的反射光脉冲，其中来自所述第一像素子集中的像素的所述事件信号基于所述反射光脉冲。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括基于来自所述第一多个TDC的输出和所述第二多个TDC的输出来生成ToF直方图。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述第一像素子集包括L个像素，L为大于1的正整数；
所述第二像素子集包括L个像素；以及
所述第一路由总线包括L/2个路由线。
17.一种集成电路(IC)，包括：
以行和列布置的像素阵列，所述像素阵列中的每个像素被配置为生成事件信号，所述像素阵列包括像素子集；
路由总线，耦合到所述像素子集，所述路由总线包括J个路由线，其中J为大于1的正整数，其中所述J个路由线中的每个路由线耦合到所述像素子集中的多于1个像素；
多个时间捕获电路，耦合到所述路由总线；以及
控制器，被配置为：
当所述像素子集处于积分模式时，将事件信号从所述像素子集中的第一像素经由所述路由总线的第一路由线路由到所述多个时间捕获电路中的第一时间捕获电路，以及
当所述像素子集处于读出模式时，将数据从所述第一时间捕获电路经由所述第一路由线路由到读取电路。
18.根据权利要求17所述的集成电路，其中所述J个路由线中的每个路由线耦合到所述像素子集中的3个像素。
19.根据权利要求17所述的集成电路，其中所述像素阵列以交替图案包括M个像素列和M个TDC列，其中M为大于1的正整数。
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