CN117785790A - Spad传感器的可重配置高电压生成电路 - Google Patents

Spad传感器的可重配置高电压生成电路 Download PDF

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Abstract

一种封装内的片上系统(SOC)包括参考发生器、匹配电路、可编程电流发生器、PWM控制器、从第三输出焊盘接收高电压的过电压/欠电压检测器、将输入信号传递到第二输出焊盘的多路复用器、以及接收高电压的SPAD。开关电路系统包括在参考发生器与可编程电流发生器的输入之间的第一开关、在电流发生器的输入与匹配电路的输出之间的第二开关、在参考发生器与匹配电路的输入之间的第三开关、在电流发生器的输出与过电压/欠电压检测器内的阶梯的抽头之间的第四开关、在电压发生器的输出与第一输出焊盘之间的第五开关、以及在PWM控制器的输出与第一输出焊盘之间的第六开关。

Description

SPAD传感器的可重配置高电压生成电路
技术领域
本公开涉及一种用于集成在飞行时间传感器芯片内的可重配置高电压生成控制电路，该可重配置高电压生成控制电路允许传感器芯片与用于偏置传感器芯片内的光电检测器的高电压的生成所涉及的高电压组件一起使用，而不管这些高电压组件是否与传感器芯片在同一封装内。
背景技术
飞行时间系统用于测量到目标的距离。飞行时间系统有两种一般分类，即直接和间接。例如，对于直接飞行时间系统，诸如激光二极管(通常为红外)等发射器用脉冲驱动电流来驱动，以使其在给定方向上发射短激光脉冲。该激光脉冲被存在于该给定方向上的物体反射，并且具有检测器的接收器接收并且感测反射的激光脉冲。具有适当定时参考的接收器测量从激光脉冲的发射到反射激光脉冲的接收之间的经过时间。根据这个经过时间，可以评估到物体的距离。因此，通过在接收器中使用接收元件的阵列，可以形成物体的三维地图。该物体的三维地图可以是例如人脸的地图，并且可以用于标识电子装置(诸如其中并入有飞行时间系统的智能手机或平板电脑)的授权用户。
用于飞行时间(TOF)系统10的示例已知接收器13在图1中示出，并且包括单光子雪崩二极管(SPAD)14，该SPAD 14的阴极耦合到由高电压(HV)生成电路系统12生成的高电压VHV，并且该SPAD 14的阳极通过淬火电阻器15耦合到接地。高电压VHV将SPAD 14偏置到其击穿电压之上。当SPAD 14被入射光子撞击时，输出脉冲来源于SPAD 14的阳极，该输出脉冲然后可以被读出放大器16检测到并且被解释以提供用于计算飞行时间的检测数据。
SPAD被偏置到其击穿电压以上越高，SPAD在操作中变得越光敏；SPAD的击穿电压随着SPAD的温度的增加而增加。因此，期望高电压生成电路系统12随着温度调节高电压VHV，使得VHV与SPAD的击穿电压之间的差随着温度变化而保持相同，从而保持SPAD的期望的光敏性水平。
现在参考图2来描述飞行时间系统10的示例真实世界实现。TOF系统10包括高电压生成电路系统12和封装30，其中柔性部分23(即，柔性基板)承载其间的电气连接。
HV生成电路系统12包括升压转换器20，该升压转换器20交替地产生将能量从电池VBAT转移到电感器L的连接并且中断该连接从而产生用于生成高电压(VHV)的纹波电流。特别地，升压转换器20内的升压电路21包括有助于电感器L与接地之间的选择性交替连接的组件，并且升压控制器22控制升压电路21执行该操作，从而生成VHV。在由从封装30接收的使能信号EN启用时，升压控制器22生成脉宽调制(PWM)信号，该PWM信号控制升压电路21以便引起在由从封装30接收的调节信号ADJ设置的电平处对高电压VHV的生成和调节，其中升压控制器22在操作期间从升压电路21接收反馈信号FBK。
封装30包括生成使能信号EN和调节信号ADJ的片上系统(SOC)13、一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)14、以及基于来自SPAD 14的输出生成飞行时间数据的飞行时间电路系统。
图2的该TOF系统10在执行期望的功能方面是高效的。然而，高电压生成电路系统12在封装30外部表示，TOF系统10占据比期望的更多的空间，并且在某些应用中，空间是非常宝贵的。此外，由于高电压生成电路系统12在封装30外部，TOF系统10的制造成本可能相对较高。
为了解决这个问题，在图3所示的飞行时间系统10'的另一示例现实世界实现中，升压控制器22被并入SOC 13'内，升压电路21和电感器L被并入封装30'内。这提供了在单个封装30'内的TOF系统10'，节省了空间和成本。
现在考虑图3的实现的SOC 13'不同于图2的实现的SOC 13。这表示，如果SOC 13的制造商打算支持这两种实现，则其制造两个单独的SOC，每个实现一个。这是低效的，因为使用两条生产线，从而推高了SOC的总成本。这也增加了制造商需要准确估计要制造的每个不同SOC的适当量的复杂性。考虑到这一点，如果制造商能够制造支持上述两种实现的单个SOC，将是非常希望的。因此，进一步发展仍然是必要的。
发明内容
本文中公开了一种包括封装内的片上系统(SOC)的电子装置。SOC中至少具有形成在其中的以下各项：参考发生器；匹配电路；被配置为生成编程电流的可编程电流发生器；脉宽调制控制器；被配置为从第三输出焊盘接收高电压并且确定过电压或欠电压状况是否存在的过电压/欠电压检测电路；被配置为选择性地将输入信号传递到第二输出焊盘的多路复用器；具有被耦合以接收高电压的阳极的至少一个单光子雪崩二极管(SPAD)；以及开关电路系统。
开关电路系统被配置为在外部生成模式下：引起多路复用器将其输入处的使能信号传递到第二输出焊盘；将参考发生器的输出连接到可编程电流发生器，使得可编程电流发生器接收由参考发生器在外部生成模式下生成的温度无关参考电流；并且将编程电流连接到第一输出焊盘。
开关电路系统被配置为在内部生成模式下：将参考发生器的输出连接到匹配电路，使得匹配电路接收由参考发生器在内部生成模式下生成的温度无关参考电压；将匹配电路的输出连接到可编程电流发生器，使得可编程电流发生器接收由匹配电路在内部生成模式下生成的匹配的温度无关参考电流；将编程电流连接到过电压/欠电压检测电路，其中反馈电压由过电压/欠电压检测电路的组件在内部生成模式下生成；引起多路复用器将其输入处的脉宽调制(PWM)信号传递到第二输出焊盘，PWM信号由脉宽调制控制器在内部生成模式下基于反馈电压生成；并且将PWM信号耦合到第一输出焊盘。
当开关电路系统在外部生成模式下时，电子装置在封装外部包括：具有连接到第一输出焊盘的反馈节点的反馈电路系统；以及具有通过电感器连接到电池电压的功率输入、连接到反馈节点的反馈输入、连接到第二输出焊盘的使能输入、以及高电压在此被生成的输出的升压转换器，该输出连接到第三输出焊盘。
当开关电路系统在内部生成模式下时，电子装置在封装内部包括：升压电路，该升压电路包括：具有耦合到第三输出焊盘的阴极和通过电感器耦合到电池电压的阳极的升压二极管；连接在升压二极管的阳极与接地之间的开关，开关耦合到第一输出焊盘和第二输出焊盘以由PWM信号控制；以及耦合在第三输出焊盘与接地之间的电容器，其中高电压在第三输出焊盘处产生。
过电压/欠电压检测电路包括：耦合在第三输出焊盘与接地之间的电阻梯，电阻梯至少具有第一抽头、第二抽头和第三抽头，每个抽头位于电阻梯的两个紧邻并且直接电气连接的电阻器之间，其中反馈电压在第二抽头处生成；被配置为在第一抽头处的电压小于下限阈值的情况下断言欠电压状况警报信号的第一比较器；以及被配置为在第三抽头处的电压大于上限阈值的情况下断言过电压状况警报信号的第二比较器。
匹配电路包括以单位增益配置的放大器，放大器被配置为在内部生成模式下利用开关电路系统将温度无关参考电压缓冲到匹配电阻器的第一端子，将匹配电阻器的第二端子连接到可编程电流发生器的输入；其中匹配电阻器的电阻等于电阻梯的总电阻。
开关电路系统包括：连接在参考发生器与可编程电流发生器的输入之间的第一开关；连接在可编程电流发生器的输入与匹配电路的输出之间的第二开关；连接在参考发生器与匹配电路的输入之间的第三开关；连接在可编程电流发生器的输出与过电压/欠电压检测电路内的电阻梯的抽头之间的第四开关；连接在可编程电流发生器的输出与第一输出焊盘之间的第五开关；以及连接在PWM控制器的输出与第一输出焊盘之间的第六开关。
SOC包括控制电路系统，该控制电路系统被配置为：在外部生成模式下，引起第一开关和第五开关闭合，同时引起第二开关、第三开关、第四开关和第六开关断开；并且在内部生成模式下，引起第二开关、第三开关、第四开关和第六开关闭合，同时引起第一开关和第五开关断开。
SOC还包括控制电路系统，控制电路系统被配置为生成用于可编程电流发生器的控制信号，可编程电流发生器基于该控制信号来设置编程电流的大小。高电压基于编程电流来设置。
附图说明
图1是现有技术的飞行时间系统的框图；
图2是第一现有技术的飞行时间感测系统的框图；
图3是第一现有技术的飞行时间感测系统的框图；
图4是利用本文中描述的片上系统的本文中描述的第一飞行时间感测系统配置的框图；
图5是利用本文中描述的片上系统的本文中描述的第二飞行时间感测系统配置的框图；
图6A是在图4-图5的飞行时间感测系统中使用的片上系统的示意性框图；
图6B是图6A的过电压/欠电压检测电路的示意图；
图7是和外部升压转换器一起使用的图6A的片上系统的示意性框图；
图8A是和与片上系统位于同一封装中的升压转换器一起使用的图6A的片上系统的示意性框图；以及
图8B是图6A的匹配电路的示意图。
具体实施方式
以下公开使得本领域技术人员能够制作和使用本文中公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中描述的一般原理可以应用于除以上详述的实施例和应用之外的实施例或应用。本公开不旨在局限于所示的实施例，而是应符合本文中公开或建议的原理和特征的最宽范围。注意，在以下描述中，除非另有相反说明，否则所描述的任何电阻器或电阻都是分立器件，而不仅仅是两点之间的电气引线。因此，耦合在两点之间的任何所描述的电阻器或电阻具有比在这两点之间的引线更大的电阻，并且这种电阻器或电阻不能被解释为引线。类似地，除非相反，否则任何所描述的电容器或电容都是分立器件，并且除非相反，否则不是寄生器件。此外，除非相反，否则任何所描述的电感器或电感都是分立器件，并且除非相反，否则不是寄生器件。
本文中公开了一种片上系统(SOC)113，该SOC 113包括可重配置高电压(VHV)控制器126，该VHV控制器126使得SOC 113能够与外部高电压生成电路系统112(图4)或与SOC113集成到单个封装130'中的高电压生成电路系统112'一起使用(图5)，以形成飞行时间系统100。SOC 113的具体细节将在下文中详细给出，然而，首先，将给出图4和图5的实施例的具体细节，使得可以理解由SOC 113提供的全部系统功能。
现在参考图4，高电压生成电路系统112包括电感器L，该电感器L具有连接到电池电压VBAT的第一端子和连接到DC-DC升压转换器120的第二端子。高电压VHV在DC-DC升压转换器120的输出处生成。反馈电阻器Rb1、Rb2串联连接在DC-DC升压转换器120的输出与接地之间以形成分压器电路，其中反馈电压VFB在反馈电阻器Rb2、Rb1之间的分压器电路的抽头节点Nfb处生成。
DC-DC升压转换器120包括升压电路121和升压控制器122。升压电路121包括连接在电感器L的第二端子与接地之间的开关(说明性地为n沟道晶体管MN)，并且由来自升压控制器122的PWM信号控制。升压电路121还包括升压二极管Db和升压电容器Cb，该升压二极管Db的阳极连接到电感器L的第二端子，该升压二极管Db的阴极连接到DC-DC升压转换器120的输出，该升压电容器Cb连接在DC-DC升压转换器120的输出与接地之间。
当通过SOC 113的可重配置VHV控制器126对使能信号EN的断言而被启用时，升压电路121操作以生成高于电池电压VBAT的高电压VHV。高电压VHV跨电容器Cb被生成。特别地，当开关MN通过升压控制器122对PWM信号的断言而被闭合时，电流从电池VBAT流入电感器L，以生成磁场并且由此将能量存储在电感器L中。此时，电感器L的第一端子相对于电感器L的第二端子为正。当开关MN通过升压控制器122对PWM信号的解除断言而被断开时，通过电感器L的电流的突然下降导致反EMF的生成，该反EMF在极性上与跨电感器L的电压相反，以保持电流流动。这导致两个电压(电池电压VBAT和跨L1的反EMF电压)彼此串联。由于缺乏通过开关MN的电流路径，该较高电压正向偏置二极管Db，并且所得到的电流将Cb充电到VHV(即，VBAT+VL减去跨Db的正向电压降)。
在该操作期间，升压控制器122操作升压电路121以调节VHV，使得反馈电压VFB保持等于参考电压。电流IDAC由可重配置VHV控制器126提供给在反馈电阻器Rb1与Rb2之间的抽头Nfb，并且由可重配置VHV控制器126用来设置VHV的电平。通过将电流IDAC提供给在电阻器Rb1与Rb2之间的抽头Nfb，反馈电压VFB增加。这具有引起升压控制器122降低VHV从而将VFB降低为等于参考电压的效果。因此，通过改变电流IDAC的大小、以及设置电阻器Rb1和Rb2的电阻值，可以将电压VHV设置为期望电平。
现在参考图5，升压电路121保持与图4中相同，而升压控制器的功能(以及生成反馈电压的电路系统)由SOC 113的可重配置VHV控制器126执行。操作保持不变，记住，升压控制器和生成反馈电压的电路系统的功能如上所述由可配置VHV控制器126执行。将升压控制器和反馈电路系统实现为具有SOC 113的单个封装的进一步细节可以在2022年1月7日提交的法国专利申请第2200116号中找到，该申请在构思为本公开的发明时为共同所有，并且在提交本公开时仍然为共同所有。法国专利申请第2200116号的内容在法律允许的最大范围内通过引用全部并入。
现在参考图6A来描述SOC 113。SOC 113包括带隙参考发生器110，该带隙参考发生器110生成带隙电压VREF(例如，温度无关参考电压)和参考电流Iref(例如，温度无关参考电流)。在外部操作模式信号EN_EXT_VHV的控制下，第一开关S1选择性地将参考电流Iref耦合到电流DAC 101(例如，可编程电流发生器)的输入。在内部操作模式信号EN_INT_VHV的控制下，第二开关S2选择性地将匹配块102的输出耦合到电流DAC 101的输入。电流DAC 101在其输出处生成电流IDAC。在内部操作模式信号EN_INT_VHV的控制下，第三开关S3选择性地将参考电压VREF耦合到匹配块102的输入。在内部操作模式信号EN_INT_VHV的控制下，第四开关S4选择性地将电流IDAC耦合到过电压/欠电压检测电路104的输入。在外部操作模式信号EN_EXT_VHV的控制下，第五开关S5选择性地将电流IDAC耦合到焊盘PAD1。
脉宽调制(PWM)反馈控制器103的输入连接到过电压/欠电压检测电路104内的电阻梯以接收反馈信号VFB1。PWM反馈控制器103还接收参考电压VREF以及内部操作模式信号EN_INT_VHV作为输入，并且生成PWM命令电压PWM_CMD作为输出。在INT/EXT选择信号的控制下，多路复用器105选择性地将PWM命令电压PWM_CMD或升压使能信号BOOST_EN作为其输出传递到焊盘PAD2。
在内部操作模式信号EN_INT_VHV的控制下，第六开关S6选择性地将焊盘PAD1连接到PWM反馈控制器103的输出。
SPAD 125的阵列连接到焊盘PAD3并且接收高电压VHV。过电压/欠电压检测电路104接收高电压VHV作为输入并且生成检测信号OR或UV，并且其阶梯生成反馈电压VFB1作为输出。
控制电路系统123生成INT/EXT选择信号、以及内部操作模式信号EN_INT_VHV、外部操作模式信号EN_EXT_VHV、升压使能信号BOOST_EN和SET信号。SET信号由电流DAC 101接收，并且电流IDAC的大小由电流DAC 101基于SET信号来设置。记住上面对设置电压VHV的电流IDAC的大小的描述，应当理解，SET信号可以在操作期间由控制电路系统123连续地改变，以随着SOC 113的温度变化而动态地改变VHV。
上述开关S1、S2、S3、S4、S5、S6可以被实现为标准传输门。
现在另外参考图6B来详细描述过电压/欠电压检测电路104。过电压/欠电压检测电路104包括由串联连接在高电压VHV与接地之间的电阻器R1、R2、R3、R4、R5形成的阶梯。电阻器R2、R3之间的抽头连接到开关S4。反馈电压VFB1在电阻器R3、R4之间产生抽头。
比较器104a具有被连接以接收下限阈值电压VREF_UV的非反相输入端子、和连接到电阻器R2、R3之间的抽头的反相输入端子，其中欠电压信号UV在比较器104a的输出端子处生成。比较器104c具有被连接以接收上限阈值电压VREF_OV的反相输入端子、和连接到电阻器R4、R5之间的抽头的非反相输入端子，其中过电压信号OV在比较器104c的输出端子处生成。比较器104b具有连接到锯齿参考PWM信号VREF_PWM(具有等于升压电路121的开关频率的频率)的非反相输入端子、和连接到电阻器R3、R4之间的抽头以接收反馈电压VFB1的反相输入端子，其中PWM比较信号PWM_CP在比较器104b的输出端子处生成。
在操作中，过电压/欠电压检测电路104用于检测高电压VHV是否超过上限阈值VREF_OV(例如，指示是否存在过电压状况)以及下降到下限阈值VREF_UV以下(例如，指示是否存在欠电压状况)。参考图6B，当节点R4、R5之间的抽头处的电压超过上限阈值VREF_OV时，比较器104c断言其输出，从而断言过电压信号OV以指示过电压状况；相反，当节点R2、R3之间的抽头处的电压下降到低于下限阈值VREF_UV时，比较器104a断言其输出，从而断言欠电压信号UV以指示欠电压状况。OV或UV的断言可以是故障的指示，以指示控制电路123将停止升压电路121的操作。
如上所述，SOC 113可以在外部生成模式(图4)或封装内生成模式(图5)下操作，以允许相同SOC 113通用于两种不同配置。
现在将另外参考图7来描述外部生成模式。在外部生成模式下，高电压生成电路系统112位于封装130(SOC 113驻留在其中)外部。为了开始外部生成模式，控制电路系统123将INT/EXT选择信号设置在适当逻辑电平处以便于选择外部生成模式、断言外部操作模式信号EN_EXT_VHV信号、以及解除断言内部操作模式信号EN_INT_VHV，同时断言升压使能信号BOOST_EN以激活升压转换器120。更进一步，控制电路系统123生成SET信号以具有数字值，该数字值将电流IDAC的大小设置为将高电压VHV设置为期望电平的电平。
控制电路系统123的这个输出具有闭合开关S1和S5、同时断开开关S2、S3和S4的效果。结果，带隙参考发生器110向电流DAC 101提供温度无关参考电流Iref，该电流DAC 101由此生成电流IDAC。电流IDAC来源于电阻器Rb1、Rb2之间的抽头Nfb(抽头在这里可以是高精度电阻器，以0.2％左右变化)，并且如详细解释的，最终用于设置高电压VHV的电平。在逻辑电平处以选择外部生成模式的INT/EXT选择信号引起多路复用器105将使能信号EN输出到焊盘PAD2。
结果，升压转换器120如上所述操作以在焊盘Pad3处生成高电压VHV，其中VHV用于在执行飞行时间操作时偏置SPAD阵列106。
现在将另外参考图8A和图8B来描述内部生成模式。
在内部生成模式下，高电压生成电路系统112'位于封装130'(SOC 113驻留在其中)内部。为了开始内部生成模式，控制电路系统123将INT/EXT选择信号设置在适当逻辑电平处以选择内部生成模式、断言内部操作模式信号EN_IN_VHV信号、以及解除断言外部操作模式信号EN_EXT_VHV，同时解除断言升压使能信号BOOST_EN。更进一步，控制电路系统123生成SET信号以具有数字值，该数字值将电流IDAC的大小设置为将高电压VHV设置为期望电平的电平。
控制电路系统123的这个输出具有闭合开关S3、S4和S6、同时断开开关S1和S5的效果。结果，带隙参考发生器110向匹配块102提供温度无关参考电压Vref，该匹配块102生成匹配的输入电流Iref_match以供电流IDAC 101在生成电流IDAC时使用，如详细解释的，该电流IDAC最终用于设置高电压VHV的电平。
电阻器R1、R2、R3、R4、R5的电阻值是匹配的(但绝对值不一定相等)，但实际上可以变化高达25％左右，因为它们不是高精度的。因此，匹配块102包括电阻器R6，该电阻器R6的电阻值等于R1、R2、R3、R4、R5的组合电阻值。如图8B所示，匹配块102包括以单位增益配置的放大器123a，该放大器123a在其非反相输入端子处接收温度无关参考电压VREF，并且将其输出提供给电阻器R6，因此匹配的参考电流Iref_match流过电阻器R6。电阻器R6的使用在电阻上与R1、R2、R3、R4、R5的组合电阻匹配并且通过与R6相同的工艺来形成，电阻器R6的使用提供匹配的参考电流Iref_match，以提供IDAC的生成并且因此提供VHV的生成，而独立于工艺拐角并且在温度上稳定。换言之，Iref_match将随着R1、R2、R3、R4、R5的电阻的变化而变化。
电流IDAC来源于过电压/欠电压检测电路104的电阻器R2、R3之间的抽头，并且反馈电压VREF1在电阻器R3、R4之间的抽头处生成——因此，这里，应当理解，由电阻器R1、R2、R3、R4、R5形成的阶梯用作反馈阶梯，用于高电压VHV的生成和调节、以及用于过电压/欠电压情况的确定。在该逻辑电平处以选择内部生成模式的INT/EXT选择信号引起多路复用器105将PWM命令信号PWM_CMD输出到焊盘Pad2以供升压电路121用作PWM信号。
PWM反馈控制器103充当如上所述的升压控制器，以调节PWM_CMD(以及因此PWM)的生成以操作升压电路121，使得高电压VHV与反馈电压VFB1匹配。注意，在该内部生成模式下，PWM信号在Pad1和Pad2两者处提供，并且这两个焊盘都用于驱动升压电路121。这是因为，升压电路121内的晶体管是大组件，并且其驱动涉及大的驱动强度。
如上所述，SOC 113的设计允许与外部高电压生成电路系统112(图4)或与SOC 113集成到单个封装130'中的高电压生成电路系统112'(图5)一起使用，以保持了低成本，这是由于一条生产线和一个SKU可以服务于这两种配置。SOC 113的设计还将SOC 113的未使用组件所占用的空间量保持在较小的量，因为在这两种配置中都使用最高面积消耗组件(电流DAC 101、电压阶梯R1-R5和比较器104a-104c)。
很明显，在不偏离如所附权利要求中限定的本公开的范围的情况下，可以对本文中描述和说明的内容进行修改和变化。
虽然已经针对有限数目的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设想不脱离本文中公开的本公开的范围的其他实施例。因此，本公开的范围应仅受所附权利要求的限制。

Claims (20)

1.一种电子装置，包括封装内的片上系统SOC，所述SOC至少具有形成在其中的：
参考发生器；
匹配电路；
可编程电流发生器，被配置为生成编程电流；
脉宽调制控制器；
过电压/欠电压检测电路，被配置为从第三输出焊盘接收高电压并且确定过电压或欠电压状况是否存在；
多路复用器，被配置为选择性地将输入信号传递到第二输出焊盘；
至少一个单光子雪崩二极管(SPAD)，具有被耦合以接收所述高电压的阳极；以及
开关电路系统，被配置为在外部生成模式下：
引起所述多路复用器将所述多路复用器的输入处的使能信号传递到所述第二输出焊盘；
将所述参考发生器的输出连接到所述可编程电流发生器，使得所述可编程电流发生器接收由所述参考发生器在所述外部生成模式下生成的温度无关参考电流；以及
将所述编程电流连接到第一输出焊盘；
其中所述开关电路系统还被配置为在内部生成模式下：
将所述参考发生器的输出连接到所述匹配电路，使得所述匹配电路接收由所述参考发生器在所述内部生成模式下生成的温度无关参考电压；
将所述匹配电路的输出连接到所述可编程电流发生器，使得所述可编程电流发生器接收由所述匹配电路在所述内部生成模式下生成的匹配的温度无关参考电流；
将所述编程电流连接到所述过电压/欠电压检测电路，其中反馈电压由所述过电压/欠电压检测电路的组件在所述内部生成模式下生成；
引起所述多路复用器将其输入处的脉宽调制(PWM)信号传递到所述第二输出焊盘，所述PWM信号由所述脉宽调制控制器在所述内部生成模式下基于所述反馈电压生成；以及
将所述PWM信号耦合到所述第一输出焊盘。
2.根据权利要求1所述的电子装置，
其中当所述开关电路系统在所述外部生成模式下时，所述电子装置在所述封装外部还包括：
反馈电路系统，具有连接到所述第一输出焊盘的反馈节点；以及
升压转换器，具有通过电感器连接到电池电压的功率输入、连接到所述反馈节点的反馈输入、连接到所述第二输出焊盘的使能输入、以及所述高电压在此被生成的输出，所述输出连接到所述第三输出焊盘；并且
其中当所述开关电路系统在所述内部生成模式下时，所述电子装置在所述封装内部还包括：
升压电路，包括：具有耦合到所述第三输出焊盘的阴极和通过电感器耦合到电池电压的阳极的升压二极管；连接在所述升压二极管的阳极与接地之间的开关，所述开关耦合到所述第一输出焊盘和所述第二输出焊盘以由所述PWM信号控制；以及耦合在所述第三输出焊盘与接地之间的电容器，其中所述高电压在所述第三输出焊盘处产生。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述过电压/欠电压检测电路包括：
电阻梯，耦合在所述第三输出焊盘与接地之间，所述电阻梯至少具有第一抽头、第二抽头和第三抽头，每个抽头位于所述电阻梯的两个紧邻并且直接电气连接的电阻器之间，其中所述反馈电压在所述第二抽头处生成；
第一比较器，被配置为在所述第一抽头处的电压小于下限阈值的情况下断言欠电压状况警报信号；以及
第二比较器，被配置为在所述第三抽头处的电压大于上限阈值的情况下断言过电压状况警报信号。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述匹配电路包括以单位增益配置的放大器，所述放大器被配置为在所述内部生成模式下利用所述开关电路系统将所述温度无关参考电压缓冲到匹配电阻器的第一端子，所述匹配电路将所述匹配电阻器的第二端子连接到所述可编程电流发生器的所述输入；其中所述匹配电阻器的电阻等于所述电阻梯的总电阻。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述开关电路系统包括：
第一开关，连接在所述参考发生器与所述可编程电流发生器的输入之间；
第二开关，连接在所述可编程电流发生器的输入与所述匹配电路的输出之间；
第三开关，连接在所述参考发生器与所述匹配电路的输入之间；
第四开关，连接在所述可编程电流发生器的输出与所述过电压/欠电压检测电路内的电阻梯的抽头之间；
第五开关，连接在所述可编程电流发生器的输出与所述第一输出焊盘之间；以及
第六开关，连接在所述PWM控制器的输出与所述第一输出焊盘之间。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其中所述SOC还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为：
在所述外部生成模式下，引起所述第一开关和所述第五开关闭合，同时引起所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关断开；以及
在所述内部生成模式下，引起所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关闭合，同时引起所述第一开关和所述第五开关断开。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述SOC还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为生成用于所述可编程电流发生器的控制信号，所述可编程电流发生器基于所述控制信号来设置所述编程电流的大小；并且其中所述高电压基于所述编程电流来设置。
8.一种电子装置，包括封装内的片上系统SOC，所述SOC至少具有形成在其中的：
参考发生器；
匹配电路；
可编程电流发生器，被配置为生成编程电流；
脉宽调制控制器；
过电压/欠电压检测电路，被配置为从第三输出焊盘接收高电压；
多路复用器，被配置为选择性地将输入信号传递到第二输出焊盘；
至少一个单光子雪崩二极管(SPAD)，具有被耦合以接收所述高电压的阳极；以及
开关电路系统，包括：
第一开关，连接在所述参考发生器与所述可编程电流发生器的输入之间；
第二开关，连接在所述可编程电流发生器的所述输入与所述匹配电路的所述输出之间；
第三开关，连接在所述参考发生器与所述匹配电路的输入之间；
第四开关，连接在所述可编程电流发生器的输出与所述过电压/欠电压检测电路内的电阻梯的抽头之间；
第五开关，连接在所述可编程电流发生器的输出与所述第一输出焊盘之间；以及
第六开关，连接在所述PWM控制器的所述输出与所述第一输出焊盘之间；以及
控制电路系统，被配置为在外部生成模式或内部生成模式下操作所述开关电路系统和所述多路复用器。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中在所述外部生成模式下，所述控制电路系统引起所述第一开关和所述第五开关闭合，同时引起所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关断开，并且引起所述多路复用器将所述多路复用器的输入处的使能信号传递到所述第二输出焊盘；并且
其中在所述内部生成模式下，所述控制电路系统引起所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关闭合，同时引起所述第一开关和所述第五开关断开，并且引起所述多路复用器将其输入处的脉宽调制(PWM)信号传递到所述第二输出焊盘，所述PWM信号由所述脉宽调制控制器基于所述反馈电压生成。
10.根据权利要求8所述的电子装置，其中所述过电压/欠电压检测电路包括：
电阻梯，耦合在所述第三输出焊盘与接地之间，所述电阻梯至少具有第一抽头、第二抽头和第三抽头，每个抽头位于所述电阻梯的两个紧邻并且直接电气连接的电阻器之间，其中所述反馈电压在所述第二抽头处生成；
第一比较器，被配置为将所述第一抽头处的电压与下限阈值进行比较；以及
第二比较器，被配置为将所述第三抽头处的电压与上限阈值进行比较。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中所述匹配电路包括以单位增益配置的放大器，所述放大器被配置为在所述内部生成模式下利用所述开关电路系统将所述温度无关参考电压缓冲到匹配电阻器的第一端子，将所述匹配电阻器的第二端子连接到所述可编程电流发生器的所述输入；其中所述匹配电阻器的电阻等于所述电阻梯的总电阻。
12.根据权利要求8所述的电子装置，其中当所述开关电路系统在所述外部生成模式下时，所述电子装置在所述封装外部还包括：
反馈电路系统，具有连接到所述第一输出焊盘的反馈节点；以及
升压转换器，具有通过电感器连接到电池电压的功率输入、连接到所述反馈节点的反馈输入、连接到所述第二输出焊盘的使能输入、以及所述高电压在此被生成的输出，所述输出连接到所述第三输出焊盘。
13.根据权利要求8所述的电子装置，其中当所述开关电路系统在所述内部生成模式下时，所述电子装置在所述封装内部还包括：
升压电路，包括：具有耦合到所述第三输出焊盘的阴极和通过电感器耦合到电池电压的阳极的升压二极管；连接在所述升压二极管的阳极与接地之间的开关，所述开关耦合到所述第一输出焊盘和所述第二输出焊盘以由所述PWM信号控制；以及耦合在所述第三输出焊盘与接地之间的电容器，其中所述高电压在所述第三输出焊盘处产生。
14.根据权利要求8所述的电子装置，其中所述SOC还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为生成用于所述可编程电流发生器的控制信号，所述可编程电流发生器基于所述控制信号来设置所述编程电流的大小。
15.一种包括封装的电子装置，所述封装至少包括：
片上系统SOC，至少具有形成在其中的：
参考发生器；
匹配电路；
可编程电流发生器，被配置为生成编程电流；
脉宽调制控制器；
过电压/欠电压检测电路，被配置为从第三输出焊盘接收高电压；
多路复用器，被配置为选择性地将输入信号传递到第二输出焊盘；
至少一个单光子雪崩二极管(SPAD)，具有被耦合以接收所述高电压的阳极；
电路系统，被配置为选择性地：
将所述参考发生器的输出连接到所述匹配电路，使得所述匹配电路接收由所述参考发生器生成的温度无关参考电压；
将所述匹配电路的输出连接到所述可编程电流发生器，使得所述可编程电流发生器接收由所述匹配电路生成的匹配的温度无关参考电流；
将所述编程电流连接到所述过电压/欠电压检测电路，其中反馈电压由所述过电压/欠电压检测电路的组件生成；
引起所述多路复用器将其输入处的脉宽调制PWM信号传递到所述第二输出焊盘，所述PWM信号由所述脉宽调制控制器基于所述反馈电压生成；以及
将所述PWM信号耦合到所述第一输出焊盘；以及
升压电路，包括：
具有耦合到所述第三输出焊盘的阴极和通过电感器耦合到电池电压的阳极的升压二极管；
连接在所述升压二极管的阳极与接地之间的开关，所述开关耦合到所述第一输出焊盘和所述第二输出焊盘以由所述PWM信号控制；以及
耦合在所述第三输出焊盘与接地之间的电容器，其中所述高电压在所述第三输出焊盘处产生。
16.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述过电压/欠电压检测电路包括：
电阻梯，耦合在所述第三输出焊盘与接地之间，所述电阻梯至少具有第一抽头、第二抽头和第三抽头，每个抽头位于所述电阻梯的两个紧邻并且直接电气连接的电阻器之间，其中所述反馈电压在所述第二抽头处生成；
第一比较器，被配置为将所述第一抽头处的电压与下限阈值进行比较；以及
第二比较器，被配置为将所述第三抽头处的电压与上限阈值进行比较。
17.根据权利要求16所述的电子装置，其中所述匹配电路包括以单位增益配置的放大器，所述放大器被配置为在所述内部生成模式下利用所述开关电路系统将所述温度无关参考电压缓冲到匹配电阻器的第一端子，将所述匹配电阻器的第二端子连接到所述可编程电流发生器的所述输入；其中所述匹配电阻器的电阻等于所述电阻梯的总电阻。
18.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述SOC还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为生成用于所述可编程电流发生器的控制信号，所述可编程电流发生器基于所述控制信号来设置所述编程电流的大小。
19.一种方法，用于在外部生成模式下进行操作与在内部生成模式下进行操作之间切换封装内的片上系统SOC，在所述外部生成模式下，所述SOC要与外部高电压生成电路系统一起使用以将单光子雪崩二极管SPAD偏置到其击穿电压以上，在所述内部生成模式下，所述封装包括用于将所述SPAD偏置到其击穿电压以上的升压电路，所述方法包括：
将所述SOC切换到所述外部生成模式：
引起所述多路复用器将其输入处的使能信号传递到第二输出焊盘；
将参考发生器的输出连接到可编程电流发生器，使得所述可编程电流发生器接收由所述参考发生器在所述外部生成模式下生成的温度无关参考电流；以及
将由所述可编程电流发生器生成的编程电流连接到第一输出焊盘。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述SOC切换到所述内部生成模式：
将所述参考发生器的输出连接到所述匹配电路，使得所述匹配电路接收由所述参考发生器在所述内部生成模式下生成的温度无关参考电压；
将匹配电路的输出连接到所述可编程电流发生器，使得所述可编程电流发生器接收由所述匹配电路在所述内部生成模式下生成的匹配的温度无关参考电流；
将由所述可编程电流发生器生成的所述编程电流连接到所述过电压/欠电压检测电路，其中反馈电压由所述过电压/欠电压检测电路的组件生成；
引起所述多路复用器将其输入处的脉宽调制PWM信号传递到所述第二输出焊盘，所述PWM信号由脉宽调制控制器基于所述反馈电压生成；以及
将所述PWM信号耦合到所述第一输出焊盘。
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