CN108366212A - 用于测距的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于测距的设备和方法。所述设备包括：单光子雪崩二极管(SPAD)电路，配置为检测光子，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出；逻辑电路，配置为锁存检测到的光子，包括连接到SPAD电路的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出；以及钉扎光电二极管(PPD)电路，配置为记录检测到的光子的飞行时间(TOF)，包括连接到逻辑电路的输出的第一输入、用于接收第三信号(VTX)的第二输入、用于接收第四信号(RST)的第三输入、用于接收第三电压(VPIX)的第四输入、用于接收第五信号(SEL)的第五输入和输出。

Description

用于测距的设备和方法
本申请要求于2017年1月27日在美国专利商标局(USPTO)提交且被分配序列号62/451,134的美国临时专利申请和于2017年4月26日在美国专利商标局(USPTO)提交且被分配序列号15/498,096的美国非临时专利申请的优先权，所述申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开总体上涉及用于测距的设备和方法，更具体而言，涉及用于直接飞行时间(time-of-flight，TOF)测距的设备和方法。
背景技术
三维(3D)成像系统正越来越多地用于诸如以用于高级驾驶辅助系统(ADAS)的高速3D成像系统和用于自主导航的高速3D成像系统为例的各种各样的应用。
现有的3D成像技术可以包括例如，基于TOF的测距成像、立体视觉系统和结构光(SL)方法。
在TOF方法中，基于已知的光速通过测量光信号针对图像的每个点在照相机和3D物体之间行进所需的往返时间，来求解至3D物体的距离(或间距)。TOF照相机可使用无扫描方法以利用每束激光或光脉冲来捕获整个场景。TOF方法的一些示例应用可包括：诸如基于实时的距离图像的活动行人安全或预碰撞检测的先进的汽车应用、追踪人的诸如在视频游戏机上与游戏交互期间的移动、在工业机器视觉中对物体进行分类并帮助机器人发现物品(诸如在传送带上的物品)等。
在立体成像或立体视觉系统中，彼此水平移位(displaced)的两个照相机用于获得对场景或场景中的3D物体的两个不同的视图。通过比较这两幅图像，可以获得针对3D物体的相对深度信息。立体视觉在诸如机器人学的领域中十分重要，以在自主系统/机器人的附近提取关于3D物体的相对位置的信息。机器人学的其他应用包括物体识别，其中，立体深度信息允许机器人系统分开挡住(occluding)的图像部分，否则在诸如一个物体位于另一个物体前面把另一个物体部分地或全部地隐藏起来时，机器人可能无法将它们区分为两个单独的物体。3D立体显示器也用于娱乐和自动化系统中。
在SL方法中，可利用投射的光图案和用于成像的照相机来测量物体的3D形状。在SL方法中，将已知的光的图案(通常为网格或水平条或平行条纹的图案)投射到场景或场景中的3D物体上。投射的图案会在照到3D物体的表面时变形或移位。这样的变形可允许SL视觉系统计算物体的深度和表面信息。因此，向3D表面上投射窄带光可产生照明线，所述照明线从除了投射器的视角以外的其他视角可能出现失真，并且向3D表面上投射窄带光可以用于被照明的表面形状的几何重建。基于SL的3D成像可用于诸如由警察机关以3D场景拍照指纹、在生产工艺期间组件的联机检查以及在卫生保健用于人体体型或人体皮肤的微观结构的现场测量等为例的不同应用中。
发明内容
根据一个实施例，一种设备包括：单光子雪崩二极管(single-photon avalanchediode，SPAD)电路，配置为检测光子，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出；逻辑电路，配置为锁存检测到的光子，包括连接到SPAD电路的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出；以及钉扎光电二极管(pinned photo diode，PPD)电路，配置为记录检测到的光子的TOF，包括连接到逻辑电路的输出的第一输入、用于接收第三信号(VTX)的第二输入、用于接收第四信号(RST)的第三输入、用于接收第三电压(VPIX)的第四输入、用于接收第五信号(SEL)的第五输入和输出。
根据一个实施例，一种设备包括：SPAD电路，配置为检测光子，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出；逻辑电路，配置为锁存检测到的光子，包括连接到SPAD电路的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出；以及PPD电路，配置为记录检测到的光子的TOF，包括连接到逻辑电路的输出的第一输入、连接到逻辑电路的第二输入的第二输入、用于接收第三信号(VTX)的第三输入、用于接收第四信号(RST)的第四输入、用于接收第三电压(VPIX)的第五输入、用于接收第五信号(SEL)的第六输入、第一输出和第二输出。
根据一个实施例，一种方法包括：通过SPAD电路接收光子；通过SPAD电路生成脉冲；通过逻辑电路来锁存生成的脉冲；通过PPD电路接收用于控制来自PPD的电荷的传输的斜坡电压(VTX)；通过PPD电路重置节点FD；通过PPD电路将电荷传输到FD；通过PPD电路接收像素电压(VPIX)；以及通过PPD电路将FD中的电荷和PPD中剩余的电荷分别输出为第一输出电压PIXOUT1和第二输出电压PIXOUT2。
根据一个实施例，一种方法包括：通过SPAD电路接收光子；通过SPAD电路生成脉冲；通过逻辑电路来锁存生成的脉冲；通过PPD电路接收用于控制来自PPD的电荷的传输的斜坡电压(VTX)；通过PPD电路重置第一节点(FD1)和第二节点(FD2)，其中，FD1具有第一电容，FD2具有与FD1的第一电容相等的第二电容；通过PPD电路将电荷从PPD传输到FD1；通过PPD电路接收像素电压(VPIX)；通过PPD电路将FD1中的电荷输出为第一输出电压PIXOUT1；通过PPD电路将PPD中剩余的电荷传输到FD2；以及通过PPD电路将FD2中的电荷输出为第二输出电压PIXOUT2。
根据一个实施例，一种制造设备的方法包括：在具有至少一个其它设备的晶片或封装件上形成所述设备，其中，所述设备包括SPAD电路，逻辑电路和PPD电路；以及测试设备，其中，测试粗定时和频率同步设备的步骤包括使用一个或更多个电光转换器、一个或更多个将光信号分成两个或更多个光信号的分光器以及一个或更多个光电转换器来测试设备。
根据一个实施例，一种构造集成电路的方法包括：针对用于集成电路的层的一组特征生成掩模布局，其中，掩模布局包括用于一个或更多个电路特征的标准单元库宏，其中，所述一个或更多个电路特征包括包含SPAD电路、逻辑电路和PPD电路的设备；在生成掩模布局期间，忽略用于符合布局设计规则的宏的相对位置；在生成掩模布局之后，检查用于符合布局设计规则的宏的相对位置；在检测到任意宏不符合布局设计规则时，通过修改不符合的宏中的每个来符合布局设计规则而修改掩模布局；根据修改的掩模布局生成具有用于集成电路的所述层的所述一组特征的掩模；以及根据掩模制造集成电路层。
附图说明
通过结合附图进行的以下详细描述，本公开的特定实施例的以上和其他方面、特征和优点将更加清楚，其中：
图1示出根据一个实施例的四晶体管PPD像素的示例性示意图；
图2示出根据一个实施例的图1中示出的四晶体管PPD像素单元的信号的图；
图3示出根据一个实施例的时间分辨(time-resolving)传感器的示例性示意图；
图4示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的SPAD电路的示例性示意图；
图5示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的逻辑电路的示例性示意图；
图6示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的PPD电路的示例性示意图；
图7示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的信号和时间的图；
图8示出根据一个实施例的时间分辨传感器的示例性示意图；
图9示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的PPD电路的示例性示意图；
图10示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的信号和时间的图；
图11示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的信号的图；
图12示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的方法的示例性流程图；
图13示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的方法的示例性流程图；
图14示出根据一个实施例的时间分辨传感器的制造方法的示例性流程图；
图15示出根据一个实施例的集成电路的构造方法的示例性流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图来详细描述本公开的实施例。应当注意的是，相同的元件将由相同的附图标记表示，虽然它们在不同的附图中示出。在下面的描述中，仅提供具体细节(诸如详细构造和组件)以帮助本公开的实施例的整体理解。因此，本领域的技术人员应清楚，在不脱离本公开的范围的情况下，可对这里描述的实施例进行各种变化和修改。此外，为了清楚和简明，省略了对公知功能和构造的描述。以下描述的术语是在考虑本公开中的功能的情况下定义的术语，以下描述的术语可根据用户、习惯或用户的意图而不同。因此，应该基于贯穿此说明书的内容来确定术语的定义。
本公开可以具有在以下参照附图详细描述的实施例之中的各种实施例和各种修改。然而，应该理解的是，本公开不限于实施例，而是包括在本公开的范围内的所有修改、等同物和替代物。
虽然可使用包括诸如第一、第二等的序数的术语来描述各种元件，但所述结构元件不受所述术语限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一结构元件可以被称为第二结构元件。类似地，第二结构元件也可以被称为第一结构元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任意组合和所有组合。
这里使用的术语仅用于描述本公开的各种实施例，而不意图限制本公开。除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式意图包括复数形式。在本公开中，应该理解的是，术语“包括”或“具有”指示特征、数量、步骤、操作、结构元件、部分或其组合的存在，并且不排除一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、结构元件、部分或其组合的存在或添加的可能性。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语具有与本公开所属领域的普通技术人员所理解的含义相同的含义。除非在本公开中清楚定义，否则在通用字典中定义的这些术语将被解释为具有与相关领域中的上下文的含义相同的含义，而将不被解释为具有理想化或过于形式化的含义。
本公开在困难条件(例如，低光、坏天气、强环境光等)下为驾驶员提供改善的视野，通过结合用于TOF的像素中的SPAD电路、逻辑电路和PPD电路来改善自主导航系统的性能，并且借助于控制的电荷转移、光子计数和单端差分转换(single-ended todifferential conversion)来改善测距。PPD电路可以具有一个以上的传输门和一个以上的存储节点。
图1示出根据一个实施例的四晶体管PPD像素单元的示例性示意图。
参照图1，四晶体管PPD像素单元100包括PPD 101、第一晶体管103、第二晶体管105、第三晶体管107和第四晶体管109。
PPD 101包括连接到地电位的阳极以及阴极。PPD 101类似于电容器来存储电荷。在一个实施例中，PPD 101被覆盖，并且不对光进行响应。PPD 101代替感光元件而用作时间电荷转换器(time-to-charge converter)。
第一晶体管103包括连接到PPD 101的阴极的第一端子、用于接收用于从PPD 101传输电荷的信号(TX)的栅极端子、以及来自PPD 101的电荷传输到的第三端子。传输的电荷是电子。然而，本公开不限于此。在实施例中，可以使用具有不同设计的PPD，其中，传输的电荷可以是空穴。
第二晶体管105包括用于接收用于像素的电压(VPIX)的第一端子、连接到第一晶体管103的第三端子的栅极端子(FD)、以及第三端子。FD上的电荷通过TX信号被调制。在一个实施例中，将TX上的电压(例如，VTX)斜坡化(ramped)以将PPD 101上的电荷逐渐传输到FD。从PPD 101传输到FD的电荷量是电压TX的函数，电压TX的斜坡是时间的函数。因此，从PPD101传输到FD的电荷是时间的函数。如果在电荷从PPD 101传输到FD期间，第一晶体管103因检测入射光子而截止(例如，变为开路的)，则从PPD 101到FD的电荷的传输停止，传输到FD的电荷量和PPD 101上剩余的电荷量均为入射光子的TOF的函数。结果为单端差分转换。传输到FD的电荷越多，FD上的电压减小地越多，PPD上的电压增大地越多。
第三晶体管107包括用于接收用于像素的电压(VPIX)的第一端子、用于接收用于重置FD的电荷电平的信号(RST)的栅极端子、以及连接到第一晶体管103的第三端子的第三端子。
第四晶体管109包括连接到第二晶体管105的第三端子的第一端子、用于接收用于选择像素以读取FD中的电荷(例如，电压PIXOUT1)或在电荷完全传输到FD之后PPD 101中的剩余电荷(例如，电压PIXOUT2)的信号(SEL)的栅极端子、以及连接到用于输出PIXOUT1或PIXOUT2的像素输出数据线(PIXOUT)的第三端子，其中，FD将其上的电荷转换为电压。在一个实施例中，在从PPD 101到FD的电荷传输开始的时候，PIXOUT1与PIXOUT1和PIXOUT2的总和(例如，PPD 101上的全部电荷)的比率与由像素接收的光信号的TOF(例如，Ttof)和延迟时间(例如，Tdly)之差成比例，延迟时间是从最初发送光信号的时刻直到当电子快门打开时出现VTX开始斜坡化的时刻的时间，上述关系由以下等式(1)表示：
然而，本公开不限于此。所述比率可以用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素至像素变化较不敏感。
在一个实施例中，第一晶体管103、第二晶体管105、第三晶体管107和第四晶体管109可以各自为n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)。然而，本公开不限于使用NMOSFET或PMOSFET，可以使用任何其他合适的晶体管。
图2示出根据一个实施例的图1中示出的四晶体管PPD像素单元100的信号的图。
参照图2，信号包括VPIX、RST、VTX、用于控制与四晶体管PPD像素单元100相关联的电子快门的电压(SHUTTER)、PPD 101中的电荷、以及浮置扩散节点(FD)中的电荷。
在一个实施例中，VPIX可以开始为低逻辑电压(例如，逻辑0或0伏特)以将四晶体管PPD像素单元100初始化，并且在四晶体管PPD像素单元100的操作期间切换为高逻辑电平(例如，逻辑1或3伏特(3V))。RST可以在四晶体管PPD像素单元100的初始化期间以高逻辑电压脉冲(例如，从逻辑0变为逻辑1并且返回逻辑0的脉冲)开始，以将PPD 101中的电荷设置为其满阱容量(full well capacity)且将FD中的电荷设置为0库仑(0C)。用于FD的重置电平为逻辑1。在测距操作期间，FD从PPD 101接收的电子越多，FD上的电压变得越低。SHUTTER可以在四晶体管PPD像素单元100的初始化期间以低逻辑电压(例如，逻辑0或0V)开始，在四晶体管PPD像素单元100的操作期间的对应于最小测量距离的时刻切换为逻辑1电平(例如，3伏特)以从检测传输到物体且反射离开物体的光脉冲的SPAD电路接收光子(例如，光子检测事件)，并且在对应于最大测量距离的时刻切换为逻辑0电平(例如，0V)。PPD 101中的电荷在初始化期间开始充满电，并且随着VTX从0V斜坡化至较高电压而减小，但是优选地不限于线性方式，线性方式为从PPD 101去除作为VTX斜坡化多长的函数的一定量的电荷，并且将该一定量的电荷从PPD 101传输到FD。FD中的电荷以低电荷(例如，0C)开始，并且随着VTX从0V斜坡化至较高电压而增大，其将作为VTX斜坡化多长的函数的一定量的电荷从PPD 101部分地传输到FD。
图3示出根据一个实施例的时间分辨(time-resolving)传感器的示例性示意图。
参照图3，时间分辨传感器300包括SPAD电路301、逻辑电路303和PPD电路305。
SPAD电路301包括用于检测光子的SPAD、用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收用于控制打开(导通)和关闭(截止)电子快门的第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入以及输出。当SPAD电路301接收光子时，SPAD电路301输出从VSPAD急剧地变为0且逐渐地回到VSPAD的脉冲。
逻辑电路303包括连接到SPAD电路301的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出，其中，第二信号(TXRMD)用于将PPD电路305的PPD中剩余的电荷完全传输到浮置扩散节点(FD)。
PPD电路305包括连接到逻辑电路303的输出的第一输入、用于接收第三信号(VTX)(用于在PPD电路305中将电荷从PPD电路305的PPD部分地或完全地传输到FD)的第二输入、用于接收第四信号(RST)(用于重置FD中的电荷并预设PPD中的电荷)的第三输入、用于接收用于PPD电路305的第三电压(VPIX)的第四输入、用于接收第五信号(SEL)(用于使得能够读出表示FD上的电荷的电压(PIXOUT1)或表示PPD电路305的PPD中剩余的电荷的电压(PIXOUT2))的第五输入、以及用于一次一个地输出PIXOUT1和PIXOUT2的输出(PIXOUT)。
图4示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的SPAD电路301的示例性示意图。
参照图4，SPAD电路301包括电阻器401、SPAD 403、电容器405、PMOSFET 407和缓冲器409。
电阻器401包括用于接收VSPAD的第一端子、以及第二端子。
SPAD 403包括连接到地电位的阳极和连接到电阻器401的第二端子的阴极。然而，本公开不限于电阻器401和SPAD 403的该布置。在一个实施例中，可以交换电阻器401和SPAD 403的位置。当SPAD 403接收光子时，SPAD 403输出从VSPAD变为0V且回到VSPAD的脉冲。SPAD 403响应于光。
电容器405包括连接到SPAD 403的阴极的第一端子以及第二端子。在一个实施例中，可以除去电容器405。
PMOSFET 407包括连接到电容器405的第二端子的漏极、用于接收SHUTTER的栅极和用于接收VDD的源极。
缓冲器409包括连接到电容器405的第二端子的输入和输出，该输出为SPAD电路301的输出。在一个实施例中，缓冲器409是反相器。
图5示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的逻辑电路303的示例性示意图。
参照图5，逻辑电路303包括锁存器501和双输入或(OR)门503。
锁存器501包括连接到SPAD电路301的输出的输入和输出。锁存器501接收由SPAD电路301输出的脉冲，并输出从逻辑1变为逻辑0的信号并保持在逻辑0。换句话说，锁存器501将脉冲转换为从逻辑1变为逻辑0且保持在逻辑0而不返回到逻辑1的信号。锁存器输出由SPAD输出脉冲的第一边沿触发。根据SPAD电路设计，第一边沿可能为正或负。
双输入或门503包括连接到锁存器501的输出的第一输入、用于接收信号(TXRMD)的第二输入和输出。双输入或门503的输出执行逻辑OR(或)功能。也就是说，如果在SHUTTER为逻辑1时由SPAD电路301接收到光子并且相应地锁存器501输出逻辑1或信号TXRMD是逻辑1，则双输入或门503的输出变为逻辑1，其用于将PPD电路305的PPD中的剩余电荷完全传输到FD节点用于读出。
图6示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的PPD电路305的示例性示意图。
参考图6，PPD电路305包括PPD 601、第一晶体管603、第二晶体管605、第三晶体管607、第四晶体管609和第五晶体管611。
PPD 601包括连接到地电位的阳极和阴极。PPD 601类似于电容器来存储电荷。在一个实施例中，PPD 601被覆盖并且不对光进行响应。
第一晶体管603包括连接到逻辑电路303的输出的第一端子(例如，栅极)，用于接收电压(VTX)的第二端子(例如，漏极)和提供电压TX的第三端子(例如，源极)。第一晶体管603接收VTX用于控制来自PPD 601的电荷的传输。
第二晶体管605包括连接到第一晶体管603的第三端子的第一端子(例如，栅极)、连接到PPD 601的阴极的第二端子(例如，源极)和第三端子(例如，漏极)。第二晶体管605接收第一端子上的电压(TX)，并将第二端子上的PPD 601上的电荷传输到第三端子(FD)。
第三晶体管607包括用于接收RST的第一端子(例如，栅极)、用于接收VPIX的第二端子(例如，漏极)和连接到第二晶体管605的第三端子的第三端子(例如，源极)。
第四晶体管609包括连接到第二晶体管605的第三端子的第一端子(例如，栅极)、连接到第三晶体管607的第二端子的第二端子(例如，漏极)和第三端子(例如，源极)。从PPD601传输到FD的电荷由TX信号控制。在一个实施例中，将TX上的电压(例如，VTX)斜坡化以将电荷逐渐从PPD 601传输到FD。从PPD 601传输到FD的电荷量是电压TX的函数，并且电压TX的斜坡是时间的函数。因此，从PPD 601传输到FD的电荷是时间的函数。如果在电荷从PPD601传输到FD期间，第二晶体管605由于SPAD电路301检测入射光子而截止(例如，变为开路的)，从PPD 601到FD的电荷的传输停止，并且传输到FD的电荷量和PPD 601中剩余的电荷量均是入射光子的TOF的函数。结果是时间电荷转换和单端差分信号转换。
第五晶体管611包括用于接收信号(SEL)的第一端子(例如，栅极)、连接到第四晶体管609的第三端子的第二端子(例如，漏极)和作为PPD电路305的输出PIXOUT的第三端子(例如，源极)。第五晶体管611接收用于选择像素以读出FD中的电荷(例如，电压PIXOUT1)或PPD 601中的剩余电荷(例如，电压PIXOUT2)的SEL，其中FD将其上的电荷转换为电压，并且连接到像素输出数据线(PIXOUT)的第三端子输出PIXOUT1或PIXOUT2。在一个实施例中，PIXOUT1与PIXOUT1和PIXOUT2之和的比率与由SPAD电路301接收的光信号的TOF(例如，Ttof)和延迟时间(例如，Tdly)之差成比例，延迟时间为从最初传输光信号时直到VTX开始斜坡化的时间，如上述等式(1)所示。当光脉冲在VTX开始斜坡化后发送时，延迟时间可能为负。然而，本公开不限于此。该比率可用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。
在一个实施例中，第一晶体管603、第二晶体管605、第三晶体管607、第四晶体管609和第五晶体管611可以各自为NMOSFET或PMOSFET。然而，本公开不限于使用NMOSFET或PMOSEFET，并且可以使用任何其它合适的晶体管。
图7示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的信号和时间的图。
参考图7，信号包括脉冲光、作为脉冲光反射离开物品的返回光、VPIX、RST、SHUTTER、VTX、TXRMD、TXEN、TX、FD、当RST、VTX、TXEN和TX为高而VPIX、SHUTTER和TXRMD为低时的PPD预设时间、从TX为低时直到RST从高变为低的第一FD重置时间、从脉冲光开始发送到TX开始斜坡化时的延迟时间(Tdly)、从脉冲光开始发送到接收返回信号时的飞行时间(Ttof)、从电子快门打开时到电子快门关闭时(例如，当SHUTTER从逻辑0变为逻辑1然后返回到逻辑0时)的电子快门时间(Tsh)、以及对于RST第二次为逻辑1时的持续时间的第二FD重置时间。图7还示出了何时电子快门关闭(例如，off)，何时电子快门打开(例如，on)，何时FD上的电荷在传输后被读出(例如，何时FD电压通过PIXOUT读出)，何时第二次重置FD，以及何时PPD 601中的剩余电荷被完全转移到FD并被读出(例如，输出到PIXOUT)。在一个实施例中，Tsh可以小于或等于VTX的斜坡时间。
在初始化阶段(例如，PPD预设阶段)，PPD 601被充满电荷至其满阱容量。此时，RST、VTX、TXEN和TX为高，同时VPIX、SHUTTER和TXRMD为低。然后，VTX变低以关掉PPD电路305的第二晶体管605，VPIX变高以将PPD 601重置为高并从其传输电荷。
在一个实施例中，所有信号以逻辑0开始。当RST、VTX、TXEN和TX变为逻辑1并且VPIX保持低时，预设PPD 601。当VTX和TX变为逻辑0然后VPIX变为高时，同时RST为逻辑1，重置FD。在将FD重置为高(例如，电荷域中的0C)之后，在TXEN为逻辑1时VTX斜坡化。飞行时间(Ttof)为从脉冲光发送时直到接收到返回光的时间，飞行时间(Ttof)也是在电荷从PPD 601部分地传输到FD期间的时间。在SHUTTER为逻辑1时快门导通或打开，VTX为斜坡，这导致PPD601中的电荷量传输到FD，其中传输的电荷量是VTX斜坡化多长的函数。当传输的脉冲反射离开物品并被接收时，SPAD电路301被脉冲调整为逻辑0，逻辑电路303输出静态逻辑0，该静态逻辑0使第一晶体管603和第二晶体管605截止，其停止从FD至PPD 601的电荷的传输。当SHUTTER变为逻辑0并且SEL变为逻辑1时，FD中的电荷作为电压PIXOUT1输出至PIXOUT，其中FD将其上的电荷转换为电压。然后，当TXRMD变为逻辑1时，PPD 601中的剩余电荷完全传输到FD，并作为电压PIXOUT2输出到PIXOUT上。
图8示出根据一个实施例的时间分辨传感器的示例性示意图。
参照图8，时间分辨传感器800包括SPAD电路801、逻辑电路803和第二PPD电路805。
SPAD电路801包括用于检测光子的SPAD、用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收用于控制打开(导通)和关闭(截止)电子快门的第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出。当SPAD电路801接收到光子时，SPAD电路801输出从VSPAD急剧地变为0且逐渐返回到VSPAD的脉冲。SPAD电路801可以与上述图3的SPAD电路301相同。
逻辑电路803包括连接到SPAD电路801的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)(用于完全传输第二PPD电路805的PPD中剩余的电荷)的第二输入以及输出。逻辑电路803可以与上述图3的逻辑电路303相同。
第二PPD电路805包括连接到逻辑电路803的输出的第一输入、连接到逻辑电路803的第二输入用于接收TXRMD的第二输入、用于接收第三信号(VTX)(用于在第二PPD电路805中将电荷从第二PPD电路805的PPD部分地或完全地传输到第一浮置扩散节点(FD1，参见图9))的第三输入、用于接收第四信号(RST)(用于重置FD1中的电荷并预设PPD中的电荷)的第四输入、用于接收用于第二PPD电路805的第三电压(VPIX)的第五输入、用于接收第五信号(SEL)(用于使得能够读出第一输出(PIXOUT1)上的表示FD1上的电荷的电压(PIXOUT1)并且使得能够读出第二输出(PIXOUT2)上的表示第二PPD电路805的PPD中剩余的电荷的电压(PIXOUT2))的第六输入、用于输出PIXOUT1的第一输出(PIXOUT1)、以及用于输出PIXOUT2的第二输出(PIXOUT)。
图9示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的第二PPD电路805的示例性示意图。
参照图9，第二PPD电路805包括PPD 901、第一晶体管903、第二晶体管905、第三晶体管907、第四晶体管909、第五晶体管911、第六晶体管913、第七晶体管915、第八晶体管917和第九晶体管919。
PPD 901包括连接到地电位的阳极和阴极。PPD 901类似于电容器地存储电荷。在一个实施例中，PPD 901被覆盖并且不对光进行响应。
第一晶体管903包括连接到逻辑电路803的输出用于接收电压(TXEN)的第一端子(例如，栅极)、用于接收电压(VTX)(用于控制来自PPD 901的电荷的传输)的第二端子(例如，漏极)以及第三端子(例如，源极)。
第二晶体管905包括连接到第一晶体管903的第三端子用于接收用于传输来自PPD901的电荷的信号(TX)的第一端子(例如，栅极)、连接到PPD901的阴极的第二端子(例如，源极)、以及来自PPD 901的电荷被传输到的第三端子(例如，第一浮置扩散节点FD1)。
第三晶体管907包括连接到第二晶体管905的第三端子的第一端子(例如，栅极)、用于接收电压(VPIX)的第二端子(例如，漏极)以及第三端子(例如，源极)。从PPD 901传输到FD1的电荷由TX信号控制。在一个实施例中，将TX上的电压(例如，VTX)斜坡化以逐渐将电荷从PPD 901传输到FD1。FD1具有第一电容。从PPD 901传输到FD1的电荷量是电压TX的函数，电压TX的斜坡是时间的函数。因此，从PPD 901传输到FD1的电荷是时间的函数。如果在电荷从PPD 901传输到FD1期间，第二晶体管905因SPAD电路801检测入射光子而截止(例如，变为开路的)，则从PPD 901到FD1的电荷的传输停止，并且传输到FD1的电荷量和PPD 901中剩余的电荷量均是入射光子的TOF的函数。结果是时间电荷转换。
第四晶体管909包括用于接收用于重置FD1的电荷电平的信号(RST)的第一端子(例如，栅极)、用于接收VPIX的第二端子(例如，漏极)以及连接到第二晶体管905的第三端子的第三端子。
第五晶体管911包括用于接收用于读出FD1中的电荷的信号(SEL)的第一端子(例如，栅极)、连接到第三晶体管907的第三端子的第二端子(例如，漏极)以及连接到用于将FD1中的电荷输出为电压PIXOUT1的输出数据线(PIXOUT1)的第三端子，其中，FD1将FD1上的电荷转换为电压。
第六晶体管913包括用于接收用于将PPD 901中剩余的电荷完全传输到第二浮置扩散节点FD2的信号(TXRMD)的第一端子(例如，栅极)、连接到PPD 901的阴极的第二端子(例如，漏极)、以及PPD 901中剩余的电荷被传输到的第三端子(例如，节点FD2)。
第七晶体管915包括连接到第六晶体管913的第三端子(例如，节点FD2)的第一端子(例如，栅极)、用于接收VPIX的第二端子和第三端子。FD2具有第二电容。在一个实施例中，FD2的第二电容等于FD1的第一电容。
第八晶体管917包括用于接收用于重置FD2的电荷电平的RST的第一端子(例如，栅极)、用于接收VPIX的第二端子、以及连接到第六晶体管913的第三端子的第三端子。
第九晶体管919包括用于接收用于选择像素以读出FD2中的电荷的信号(SEL)的第一端子(例如，栅极)、连接到第七晶体管915的第三端子的第二端子以及连接到用于将FD2输出为电压PIXOUT2的像素输出数据线(PIXOUT2)的第三端子。在一个实施例中，PIXOUT1与PIXOUT1和PIXOUT2之和的比率与接收的光子的TOF(例如，由SPAD电路801接收的光信号的TOF(例如，Ttof)和延迟时间(例如，Tdly)之差，延迟时间是从最初发送光信号到VTX开始斜坡化的时间，如上面等式(1)所示)成比例。当光脉冲在VTX开始斜坡之后传输时，延迟时间可以为负。结果是在双端口像素中的时间分辨传感器800。然而，本公开不限于此。该比率可以用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。
在一个实施例中，第一晶体管903、第二晶体管905、第三晶体管907、第四晶体管909、第五晶体管911、第六晶体管913、第七晶体管915、第八晶体管917和第九晶体管919可以各自为NMOSFET或PMOSFET。然而，本公开不限于使用NMOSFET或PMOSEFET，并且可以使用任何其它合适的晶体管。
图10示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的信号和时间的图。
参照图10，信号包括脉冲光、作为脉冲光反射离开物品的返回光、VPIX、RST、SHUTTER、VTX、TXRMD、TXEN、TX、FD1、FD2、PPD预设时间、FD重置时间、延迟时间(Tdly)、飞行时间(Ttof)和电子快门时间(Tsh)。图10还示出了何时电子快门关闭(例如，off)，何时电子快门打开(例如，on)，何时读取的电荷被传输(例如，何时FD1输出到PIXOUT1)，以及何时PPD901中剩余的电荷被传输并被读出(例如，何时FD2输出到PIXOUT2)。在一个实施例中，Tsh可以小于或等于VTX的斜坡时间。
在初始化阶段(例如，PPD预设)，PPD 601被充满电荷。
图11示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的信号的图。
参考图11，信号包括脉冲光、返回光、VPIX、RST、SHUTTER、VTX、TX、PPD 901中的电荷和FD1中的电荷。
图12示出根据一个实施例的图3的时间分辨传感器的方法的示例性流程图。在一个实施例中，PPD被覆盖并且不对光进行响应。然而，SPAD电路301中的SPAD响应于光。
参照图12，在步骤1201，通过PPD电路预设PPD。
在步骤1203，通过PPD电路重置FD节点。
在步骤1205，通过PPD电路将PPD上的电荷逐渐传输到FD。
在步骤1207，通过SPAD电路接收至少一个光子。
在步骤1209，通过SPAD电路生成脉冲。
在步骤1211，通过逻辑电路锁存通过SPAD电路生成的脉冲。
在步骤1213，通过PPD电路停止从PPD到FD的电荷传输。
在步骤1215，将FD上的电压读出到PIXOUT1上。
在步骤1217，通过PPD电路重置FD。
在步骤1219，将PPD中的剩余电荷完全传输到FD。
在步骤1221，将FD上的电压读出到PIXOUT2上。在一个实施例中，PIXOUT1与PIXOUT1和PIXOUT2之和的比率与接收的光子的TOF(例如，由SPAD电路接收的光信号的TOF(例如，Ttof)和延迟时间(例如，Tdly)之差，延迟时间是从最初发送光信号时直到VTX开始斜坡化的时间，其中当电子快门信号控制电子快门打开时出现斜坡，如上面等式(1)所示)成比例。然而，本公开不限于此。该比率可用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。
图13示出根据一个实施例的图8的时间分辨传感器的方法的示例性流程图。在一个实施例中，PPD被覆盖并且不对光进行响应。然而，SPAD电路中的SPAD响应于光。
参照图13，在步骤1301，通过PPD电路预设PPD。
在步骤1303，通过PPD电路重置节点FD1和FD2。
在步骤1305，通过PPD电路将电荷从PPD逐渐传输到FD1。
在步骤1307，通过SPAD电路接收光子。
在步骤1309，通过SPAD电路从接收的光子生成脉冲。
在步骤1311，通过SPAD电路生成的脉冲被逻辑电路锁存。
在步骤1313，通过PPD电路停止从PPD到FD的电荷传输。
在步骤1315，通过PPD电路将PPD中剩余的电荷完全传输到FD2。
在步骤1317，将FD1和FD2上的电压同时读出为PIXOUT1和PIXOUT2。在一个实施例中，PIXOUT1与PIXOUT1和PIXOUT2之和的比率与由SPAD电路接收的光信号的TOF(例如，Ttof)和延迟时间(例如，Tdly)之差成比例，延迟时间是从最初发送光信号时直到VTX开始斜坡化的时间，其中当电子快门信号控制电子快门打开时出现斜坡，如上面等式(1)所示。然而，本公开不限于此。该比率可用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。
图14示出根据一个实施例的时间分辨传感器的制造方法的示例性流程图。在一个实施例中，PPD被覆盖并且不对光进行响应。然而，SPAD电路中的SPAD响应于光。
参照图14，在1401，在具有至少一个其它设备的晶片或封装件上形成设备，其中该设备包括SPAD电路、逻辑电路和PPD电路。在一个实施例中，PIXOUT1/(PIXOUT1+PIXOUT2)的比率与接收光子的TOF成比例。然而，本公开不限于此。该比率可用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。
在1402，测试设备。测试设备可以包括使用一个或更多个电光转换器、一个或更多个将光信号分成两个或更多个光信号的分光器以及一个或更多个光电转换器来测试设备。
图15示出根据一个实施例的集成电路的构造方法的示例性流程图。
参照图15，在1501中，构造初始布局数据。例如，针对用于集成电路的层的一组特征生成掩模布局，其中掩模布局包括用于一个或更多个电路特征的标准单元库宏，其中，所述一个或更多个电路特征包括包含SPAD电路、逻辑电路和PPD电路的设备。在一个实施例中，PIXOUT1/(PIXOUT1+PIXOUT2)的比率与接收到的光子的TOF成比例，并且在生成掩模布局期间，忽略用于符合(compliance)布局设计规则的宏的相对位置。然而，本公开不限于此。该比率可以用于计算深度，并且当PIXOUT1+PIXOUT2不总是相同时，对像素到像素的变化较不敏感。在一个实施例中，四晶体管PPD像素单元中的PPD被覆盖并且不对光进行响应。然而，SPAD电路中的SPAD响应于光。
在1503，执行设计规则检查。例如，该方法可以在生成掩模布局之后检查用于符合布局设计规则的宏的相对位置。
在1505，调整布局。例如，该方法在检测到任何宏不符合布局设计规则时，可以通过修改不符合的宏中的每个来符合布局设计规则而修改掩模布局。
在1507，生成新的布局数据。例如，该方法可以根据修改的掩模布局生成具有用于集成电路的层的一组特征的掩模。然后，可以制造根据掩模的集成电路层。
虽然已经在本公开的具体实施方式中描述了本公开的某些实施例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种形式修改本公开。因此，本公开的范围不应仅基于所描述的实施例来确定，而是基于所附权利要求及其等同物来确定。

Claims (20)

1.一种设备，所述设备包括：
单光子雪崩二极管(SPAD)电路，配置为检测光子，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出；
逻辑电路，配置为锁存检测到的光子，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)电路的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出；以及
钉扎光电二极管(PPD)电路，配置为记录检测到的光子的飞行时间，包括连接到逻辑电路的输出的第一输入、用于接收第三信号(VTX)的第二输入、用于接收第四信号(RST)的第三输入、用于接收第三电压(VPIX)的第四输入、用于接收第五信号(SEL)的第五输入和输出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单光子雪崩二极管(SPAD)电路包括：
电阻器，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一端子和第二端子；
单光子雪崩二极管(SPAD)，用于检测光子，包括连接到地电位的阳极和连接到电阻器的第二端子的阴极；
电容器，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)的阴极的第一端子和第二端子；
p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，包括用于接收第一信号(SHUTTER)的第一端子、用于接收第二电压(VDD)的第二端子和连接到电容器的第二端子的第三端子；以及
缓冲器，包括连接到电容器的第二端子的输入和输出。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逻辑电路包括：
锁存器，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)电路的输出的输入和输出；以及
双输入或门，包括连接到锁存器的输出的第一输入、用于接收用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷完全传输到浮置扩散节点(FD)的第二信号(TXRMD)的第二输入和输出。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)电路包括：
钉扎光电二极管(PPD)，包括连接到地电位的阳极和阴极；
第一晶体管，包括连接到逻辑电路的输出的第一端子、用于接收第三信号(VTX)的第二端子以及第三端子，其中，第三信号(VTX)用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将电荷从钉扎光电二极管(PPD)部分地或完全地传输到浮置扩散节点(FD)；
第二晶体管，包括连接到第一晶体管的第三端子的第一端子、连接到钉扎光电二极管(PPD)的阴极的第二端子和连接到浮置扩散节点(FD)的第三端子；
第三晶体管，包括用于接收用于重置浮置扩散节点(FD)中的电荷并预设钉扎光电二极管(PPD)中的电荷的第四信号(RST)的第一端子、用于接收第三电压(VPIX)的第二端子、以及连接到第二晶体管的第三端子的第三端子；
第四晶体管，包括连接到第二晶体管的第三端子的第一端子，用于接收第三电压(VPIX)的第二端子和第三端子；以及
第五晶体管，包括用于接收第五信号(SEL)的第一端子、连接到第四晶体管的第三端子的第二端子和第三端子，其中，第五信号(SEL)用于使得能够读出表示浮置扩散节点(FD)上的电荷的第一输出电压(PIXOUT1)或表示钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷的第二输出电压(PIXOUT2)，第三端子用于输出第一输出电压(PIXOUT1)和第二输出电压(PIXOUT2)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管各自选自n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)被配置为时间电荷转换器。
7.一种设备，所述设备包括：
单光子雪崩二极管(SPAD)电路，配置为检测光子，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一输入、用于接收第一信号(SHUTTER)的第二输入、用于接收第二电压(VDD)的第三输入和输出；
逻辑电路，配置为锁存检测到的光子，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)电路的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出，其中，第二信号(TXRMD)用于将钉扎光电二极管(PPD)电路中的钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷完全传输；以及
钉扎光电二极管(PPD)电路，配置为记录检测到的光子的飞行时间，包括连接到逻辑电路的输出的第一输入、连接到逻辑电路的第二输入的第二输入、用于接收第三信号(VTX)的第三输入、用于接收第四信号(RST)的第四输入、用于接收第三电压(VPIX)的第五输入、用于接收第五信号(SEL)的第六输入、第一输出和第二输出。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述单光子雪崩二极管(SPAD)电路包括：
电阻器，包括用于接收第一电压(VSPAD)的第一端子和第二端子；
单光子雪崩二极管(SPAD)，用于检测光子，包括连接到接地电位的阳极和连接到电阻器的第二端子的阴极；
电容器，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)的阴极的第一端子和第二端子；
p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，包括用于接收第一信号(SHUTTER)的第一端子、用于接收第二电压(VDD)的第二端子和连接到电容器的第二端子的第三端子；以及
缓冲器，包括连接到电容器的第二端子的输入和输出。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述逻辑电路包括：
锁存器，包括连接到单光子雪崩二极管(SPAD)电路的输出的输入和输出；以及
双输入或门，包括连接到锁存器的输出的第一输入、用于接收第二信号(TXRMD)的第二输入和输出，其中，第二信号(TXRMD)用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷完全传输到浮置扩散节点(FD)。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)电路包括：
钉扎光电二极管(PPD)，包括连接到地电位的阳极和阴极；
第一晶体管，包括连接到逻辑电路的输出的第一端子、用于接收第三信号(VTX)的第二端子以及第三端子，其中，第三信号(VTX)用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将电荷从钉扎光电二极管(PPD)部分地传输到第一浮置扩散节点(FD1)；
第二晶体管，包括连接到第一晶体管的第三端子的第一端子、连接到钉扎光电二极管(PPD)的阴极的第二端子和连接到第一浮置扩散节点(FD1)的第三端子，其中，第一浮置扩散节点(FD1)具有第一电容；
第三晶体管，包括连接到第二晶体管的第三端子的第一端子、用于接收第三电压(VPIX)的第二端子、以及第三端子；
第四晶体管，包括用于接收第四信号(RST)的第一端子、用于接收第三电压(VPIX)的第二端子、以及连接到第二晶体管的第三端子的第三端子，其中，第四信号(RST)用于重置在第一浮置扩散节点(FD1)和第二浮置扩散节点(FD2)中的电荷；以及
第五晶体管，包括用于接收第五信号(SEL)的第一端子、连接到第三晶体管的第三端子的第二端子和第三端子，其中，第五信号(SEL)用于使得能够读出表示第一浮置扩散节点(FD1)上的电荷的第一输出电压(PIXOUT1)并且使得能够读出表示钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷的第二输出电压(PIXOUT2)，第三端子用于输出第一输出电压(PIXOUT1)；
第六晶体管，包括用于接收第二信号(TXRMD)的第一端子、连接到第二晶体管的第二端子的第二端子、以及连接到第二浮置扩散节点(FD2)的第三端子，其中，第二浮置扩散节点(FD2)具有与第一浮置扩散节点(FD1)的第一电容相等的第二电容；
第七晶体管，包括连接到第六晶体管的第三端子的第一端子、用于接收第三电压(VPIX)的第二端子和第三端子；
第八晶体管，包括用于接收第四信号(RST)的第一端子、用于接收第三电压(VPIX)的第二端子以及连接到第六晶体管的第三端子的第三端子；以及
第九晶体管，包括用于接收第五信号(SEL)的第一端子、连接到第七晶体管的第三端子的第二端子以及用于输出第二输出电压(PIXOUT2)的第三端子。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和第九晶体管各自选自n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)被配置为时间电荷转换器。
13.一种方法，所述方法包括：
通过钉扎光电二极管(PPD)电路预设钉扎光电二极管(PPD)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路重置浮置扩散节点(FD)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将电荷从钉扎光电二极管(PPD)传输到浮置扩散节点(FD)；
通过单光子雪崩二极管(SPAD)电路接收光子；
通过单光子雪崩二极管(SPAD)电路生成脉冲；
通过逻辑电路来锁存生成的脉冲；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路停止从钉扎光电二极管(PPD)到浮置扩散节点(FD)的电荷的传输；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将浮置扩散节点(FD)上的电压读出为第一输出电压(PIXOUT1)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路重置浮置扩散节点(FD)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将钉扎光电二极管(PPD)上的剩余电荷完全传输到浮置扩散节点(FD)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将浮置扩散节点(FD)上的电压读出为第二输出电压(PIXOUT2)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)电路包括：
钉扎光电二极管(PPD)，包括连接到地电位的阳极和阴极；
第一晶体管，包括连接到逻辑电路的输出的第一端子、用于接收第一信号(VTX)的第二端子以及第三端子，其中，第一信号(VTX)用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将电荷从钉扎光电二极管(PPD)部分地或完全地传输到浮置扩散节点(FD)；
第二晶体管，包括连接到第一晶体管的第三端子的第一端子、连接到钉扎光电二极管(PPD)的阴极的第二端子和连接到浮置扩散节点(FD)的第三端子；
第三晶体管，包括用于接收用于重置浮置扩散节点(FD)中的电荷并预设钉扎光电二极管(PPD)中的电荷的重置信号(RST)的第一端子、用于接收第一电压(VPIX)的第二端子、以及连接到第二晶体管的第三端子的第三端子；
第四晶体管，包括连接到第二晶体管的第三端子的第一端子，用于接收第一电压(VPIX)的第二端子和第三端子；以及
第五晶体管，包括用于接收选择信号(SEL)的第一端子、连接到第四晶体管的第三端子的第二端子、以及用于输出第一输出电压(PIXOUT1)和第二输出电压(PIXOUT2)的第三端子，其中，选择信号(SEL)用于使得能够读出表示浮置扩散节点(FD)上的电荷的第一输出电压(PIXOUT1)或表示钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷的第二输出电压(PIXOUT2)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管各自选自n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)被配置为时间电荷转换器。
17.一种方法，所述方法包括：
通过钉扎光电二极管(PPD)电路预设钉扎光电二极管(PPD)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路重置第一浮置扩散节点(FD1)和第二浮置扩散节点(FD2)；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将电荷从钉扎光电二极管(PPD)逐渐传输到第一浮置扩散节点(FD1)；
通过单光子雪崩二极管(SPAD)电路接收光子；
通过单光子雪崩二极管(SPAD)电路生成脉冲；
通过逻辑电路来锁存生成的脉冲；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路停止从钉扎光电二极管(PPD)到第一浮置扩散节点(FD1)的电荷的传输；
通过钉扎光电二极管(PPD)电路将钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷完全传输到第二浮置扩散节点(FD2)；
将第一浮置扩散节点(FD1)上的电压和第二浮置扩散节点(FD2)上的电压同时读出为第一输出电压(PIXOUT1)和第二输出电压(PIXOUT2)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述钉扎光电二极管(PPD)电路包括：
钉扎光电二极管(PPD)，包括连接到地电位的阳极和阴极；
第一晶体管，包括连接到逻辑电路的输出的第一端子、用于接收第一信号(VTX)的第二端子以及第三端子，其中，第一信号(VTX)用于在钉扎光电二极管(PPD)电路中将电荷从钉扎光电二极管(PPD)部分地传输到第一浮置扩散节点(FD1)；
第二晶体管，包括连接到第一晶体管的第三端子的第一端子、连接到钉扎光电二极管(PPD)的阴极的第二端子和连接到第一浮置扩散节点(FD1)的第三端子，其中，第一浮置扩散节点(FD1)具有第一电容；
第三晶体管，包括连接到第二晶体管的第三端子的第一端子、用于接收第一电压(VPIX)的第二端子以及第三端子；
第四晶体管，包括用于接收重置信号(RST)的第一端子、用于接收第一电压(VPIX)的第二端子以及连接到第二晶体管的第三端子的第三端子，其中，重置信号(RST)用于重置第一浮置扩散节点(FD1)和第二浮置扩散节点(FD2)中的电荷；以及
第五晶体管，包括用于接收选择信号(SEL)的第一端子、连接到第三晶体管的第三端子的第二端子、以及用于输出第一输出电压(PIXOUT1)的第三端子，其中，选择信号(SEL)用于使得能够读出表示第一浮置扩散节点(FD1)上的电荷的第一输出电压(PIXOUT1)并且使得能够读出表示钉扎光电二极管(PPD)中剩余的电荷的第二输出电压(PIXOUT2)；
第六晶体管，包括用于接收传输剩余电荷信号(TXRMD)的第一端子、连接到第二晶体管的第二端子的第二端子以及连接到第二浮置扩散节点(FD2)的第三端子，其中，第二浮置扩散节点(FD2)具有与第一浮置扩散节点(FD1)的第一电容相等的第二电容；
第七晶体管，包括连接到第六晶体管的第三端子的第一端子、用于接收第一电压(VPIX)的第二端子和第三端子；
第八晶体管，包括用于接收重置信号(RST)的第一端子、用于接收第一电压(VPIX)的第二端子、以及连接到第六晶体管的第三端子的第三端子；以及
第九晶体管，包括用于接收选择信号(SEL)的第一端子、连接到第七晶体管的第三端子的第二端子、以及用于输出第二输出电压(PIXOUT2)的第三端子。
19.一种制造设备的方法，所述方法包括：
在具有至少一个其它设备的晶片或封装件上形成所述设备，其中，所述设备包括单光子雪崩二极管(SPAD)电路，逻辑电路和钉扎光电二极管(PPD)电路；以及
测试设备，其中，测试设备的步骤包括使用一个或更多个电光转换器、一个或更多个将光信号分成两个或更多个光信号的分光器以及一个或多个光电转换器来测试设备。
20.一种构造集成电路的方法，所述方法包括：
针对用于集成电路的层的一组特征生成掩模布局，其中，掩模布局包括用于一个或更多个电路特征的标准单元库宏，其中，所述一个或更多个电路特征包括包含单光子雪崩二极管(SPAD)电路、逻辑电路和钉扎光电二极管(PPD)电路的设备；
在生成掩模布局期间，忽略用于符合布局设计规则的宏的相对位置；
在生成掩模布局之后，检查用于符合布局设计规则的宏的相对位置；
在检测到由任意宏不符合布局设计规则时，通过修改不符合宏中的每个来符合布局设计规则而修改掩模布局；
根据修改的掩模布局生成具有用于集成电路的所述层的所述一组特征的掩模；以及
根据掩模制造集成电路层。
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