光电传感芯片的制作方法

本申请涉及光电探测领域，特别是涉及一种光电传感芯片。

背景技术：

光电传感芯片中集成有光电传感结构以及与光电传感结构连接的信号处理电路，为适应不同场合的需求，一个光电传感信号中会集成多个光电传感结构，各光电传感结构在输入端相互连接并通过输入电路接入电压，且各光电传感结构在输出端分别连接一个单独的信号处理电路，当光电传感结构产生感应信号时，可通过与其对应的信号处理电路进行处理后输出。由于光电传感芯片内集成有多个光电传感结构，将该光电传感芯片置于多种不同的场合均能进行工作，从而提高了芯片的适用范围。然而，上述光电传感芯片中的电路分布较多，寄生效应严重，结构较为复杂。同时，当芯片的输入电路接入电压时，各传感结构和对应的信号处理电路同时工作，导致芯片功耗较大，散热问题严重。

技术实现要素：

基于此，有必要针对通过目前的光电传感芯片结构复杂且功耗较大的问题，提出一种新的光电传感芯片。

一种光电传感芯片，具有电输入端，所述光电传感芯片包括输入电路、信号处理电路和连接于所述输入电路和所述信号处理电路之间的多个光电传感结构，其中，

所述输入电路与所述电输入端连接以获取工作电压；

所述信号处理电路用于接收所述光电传感结构的感应信号并进行处理后输出，所述信号处理电路的数量少于所述光电传感结构的数量；

各所述光电传感结构用于感应信号，各所述光电传感结构的输入端通过第一多路选择器与所述输入电路连接，和/或，各所述光电传感结构的输出端通过第二多路选择器与所述信号处理电路连接。

在其中一个实施例中，所有多路选择器均通过cmos工艺集成于所述光电传感芯片内。

在其中一个实施例中，所述光电传感结构为硅光电倍增管。

在其中一个实施例中，所述光电传感结构具有单输出端，所述光电传感芯片包括m个所述信号处理电路和m个所述第二多路选择器，所述信号处理电路与所述第二多路选择器一一对应连接，每一个信号处理电路通过一个独立的所述第二多路选择器与各所述光电传感结构的输出端连接。

在其中一个实施例中，各所述光电传感结构具有两个输出端，所述信号处理电路具有两个输入端，各所述光电传感结构的其中一个输出端与所述信号处理电路的其中一个输入端之间通过一个所述第二多路选择器连接，各所述光电传感结构的其中另一个输出端与所述信号处理电路的其中另一个输入端之间通过另一个所述第二多路选择器连接。

在其中一个实施例中，所述光电传感芯片包括m个所述信号处理电路和2m个所述第二多路选择器，每一个信号处理电路的其中一个输入端通过一个独立的所述第二多路选择器与各所述光电传感结构的其中一个输出端连接。

在其中一个实施例中，所述光电传感芯片还具有m个所述第一多路选择器，每一个第一多路选择器均连接于所述输入电路和各所述光电传感结构的输入端之间。

在其中一个实施例中，所述光电传感芯片具有多个所述电输入端，各所述电输入端通过第三多路选择器与所述输入电路连接。

在其中一个实施例中，多个所述输入电路接入的电压包括最小工作电压、最大工作电压以及均分从最小工作电压和最大工作电压区间的中间电压。

在其中一个实施例中，所述光电传感芯片为飞行时间测距传感芯片。

上述光电传感芯片，将光电传感结构、信号处理电路和多路选择器集成于同一半导体结构内，相对于通过组装形成的光电探测器，能够减小寄生电容，加快反应速率，且整个芯片面积较小。其中，各光电传感结构在输入端通过多路选择器与输入电路连接，和/或各光电传感结构在输出端通过多路选择器与信号处理电路连接。各光电传感结构在输入端通过多路选择器与输入电路连接，在工作时，通过控制该多路选择器，选择其中的一些光电传感结构与输入电路连接，当电输入端接入工作电压时，仅有与输入电路连通的光电传感结构进入工作状态，其他未与输入电路连通的光电传感结构则不工作，由此可以降低芯片功耗，同时，由于并非所有的光电传感结构都进入工作状态，对应的信号处理电路的数量可少于光电传感结构的数量，满足部分被接通的光电传感结构与信号处理电路连接即可，因此可以减少光电传感结构的数量，简化芯片结构。各光电传感结构在输出端通过多路选择器与信号处理电路连接，在工作时，通过控制该多路选择器，选择其中的一些光电传感结构与信号处理电路连接，因此，光电传感结构与信号处理电路不必一一对应连接，信号处理电路的数目可低于光电传感结构的数目，由此可以减少信号处理电路的数目，简化芯片结构，降低芯片的制造成本。

附图说明

图1a为本申请连接有第一多路选择器的一种光电传感芯片的结构示意图；

图1b为本申请连接有第一多路选择器的另一种光电传感芯片的结构示意图；

图2a为本申请连接有第二多路选择器的一种光电传感芯片的结构示意图；

图2b为本申请连接有第二多路选择器的另一种光电传感芯片的结构示意图；

图2c为本申请连接有第二多路选择器的又一种光电传感芯片的结构示意图；

图3a为本申请连接有第一多路选择器和第二多路选择器的一种光电传感芯片的结构示意图；

图3b为本申请连接有第一多路选择器和第二多路选择器的另一种光电传感芯片的结构示意图；

图3c为本申请连接有第一多路选择器和第二多路选择器的又一种光电传感芯片的结构示意图；

图4为本申请一实施例具有多个电输入端的光电传感芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的可选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例一

光电传感芯片具有电输入端vop，用于接入工作电压，并具有电输出端output，用于输出处理信号，光电传感芯片包括输入电路、信号处理电路以及连接于输入电路和信号处理电路之间的多个光电传感结构，可设光电传感芯片内具有n个光电传感结构，n≥2；其中，输入电路与电输入端连接，用于获取工作电压并输送给光电传感结构，输入电路可为具有一定电信号调节功能的电路，也可为一段连接导线；光电传感结构与输入电路连接，在输入工作电压后进行工作状态，捕获光信号并进行光电转换，形成感应信号，信号处理电路与光电传感结构连接，用于接收感应信号并进行信号处理后输出，且信号处理电路的数量少于光电传感结构的数量，其中，各光电传感结构的输入端具体通过多路选择器与输入电路连接，定义连接于各光电传感结构的输入端和输入电路之间的多路选择器为第一多路选择器mux1，多路选择器具有一个主连接端和多个次连接端，第一多路选择器的主连接端与输入电路连接，第一多路选择器的多个次连接端与各光电传感结构的输入端一一对应连接。

上述光电传感芯片，由于各光电传感结构的输入端通过第一多路选择器与输入电路连接，接通一个第一多路选择器只会让与其连接的其中一个光电传感结构工作，因此可以根据需要选择接通其中的某些光电传感结构进入工作状态。在本实施例中，通过设置第一多路选择器，当输入电路接入工作电压时，仅其中的部分光电传感结构会获取工作电压，进入工作状态并生成感应信号，因此，上述电传感芯片不必设置与各光电传感结构一一对应连接信号处理电路，即信号处理电路的数量少于光电传感结构的数量，芯片结构简单，同时，当芯片接入工作电压时，只选择其中部分光电传感结构处于工作状态，产生功耗，其他光电传感结构未进入工作状态，不会产生功耗，因此有利于降低芯片整体功耗。

在一具体实施例中，如图1a所示，光电传感芯片具有n个光电传感结构，各光电传感结构具有单输出端，各光电传感结构的输入端通过一个第一多路选择器与一个输入电路连接，各光电传感结构的输出端直接与一个信号处理电路连接。

在另一具体实施例中，如图1b所示，光电传感结构具有两个输出端，如光电倍增管，定义为第一输出端和第二输出端，即一个光电传感结构可同时输出两路感应信号，对应的，信号处理电路也具有两个输入端，定义为第一输入端和第二输入端，各光电传感结构的输入端通过一个第一多路选择器与一个输入电路连接，各光电传感结构的第一输出端均连接至信号处理电路的第一输入端，各光电传感结构的第二输出端均连接至信号处理电路的第二输入端。

实施例二

实施例二与实施例一的主要区别在于，多路选择器连接于各光电传感结构的输出端与信号处理电路之间，而光电传感结构的输入端与输入电路直接连接，定义连接于光电传感结构与信号处理电路之间的多路选择器为第二多路选择器mux2，即第二多路选择器的主连接端与信号处理电路连接，第二多路选择器的多个次连接端与光电传感结构的输出端一一对应连接。在本实施例中，一个第二多路选择器仅接通一个光电传感结构，因此，在工作模式下，会有部分光电传感结构不需要与信号处理电路连接，只需将所选择的光电传感结构与信号处理电路连接，因此可以减少信号处理电路的数量，简化芯片结构。

在一实施例中，上述光电传感结构具有单个输出端，光电传感芯片内包括m个第二多路选择器和m个信号处理电路，即第二多路选择器的数量与信号处理的数量相同，m＜n，其中，第二多路选择器与信号处理电路一一对应连接，每一个信号处理电路均通过一个独立的第二多路选择器与各光电传感结构的输出端连接。在一具体的实施例中，如图2a所示，m＝1，各光电传感结构与电输入端直接连接，而各光电传感结构与信号处理电路通过一个第二多路选择器连接，此时，芯片一次只会处理一个光电传感结构的感应信号并输出一路处理信号。在另一具体的实施例中，如图2b所示，m＞2，各光电传感结构与电输入端直接连接，而各光电传感结构与信号处理电路之间接入多个第二多路选择器，此时，芯片接入工作电压后，可同时对其实的多个光电传感结构生成的感应信号进行处理并输出多路处理信号。

在一实施例中，如图2c所示，上述光电传感结构具有两个输出端，定义为第一输出端和第二输出端，对应的，信号处理电路也具有两个输入端，定义为第一输入端和第二输入端，上述芯片中至少包括两个第二多路选择器，分别定义为第一多路选择器和第二多路选择器，其中，第一多路选择器连接于各光电传感结构的第一输出端与信号处理电路的第一输入端之间，第二多路选择器连接于各光电传感结构的第二输出端与信号处理电路的第二输入端之间。在一实施例中，光电传感芯片包括m个信号处理电路和2m个第二多路选择器，每一个信号处理电路的其中一个输入端通过一个独立的第二多路选择器与各光电传感结构的其中一个输出端连接，即一个信号处理电路的第一输入端通过一个独立的第二多路选择器与各光电传感结构的第一输出端连接，一个信号处理电路的第二输入端也通过一个独立的第二多路选择器与各光电传感结构的第二输出端连接。

实施例三

实施例三与实施例一的区别在于，芯片在各光电传感结构的输入端与输入电路之间连接有第一多路选择器，还在各光电传感结构的输出端与信号处理电路之间连接有第二多路选择器。在本实施例中，芯片正常运行需同时接通第一多路选择器和第二多路选择器，选择其中的部分光电传感结构接入工作电压并使进入工作状态的光电传感结构与数据处理电路连接，由于仅需要部分光电传感结构进行感应并通过信号处理电路进行处理，因此不需要设置信号处理电路与光电传感结构一一对应连接，可以减少信号处理电路的数量，简化芯片结构。同时，通过设置第一多路选择器，仅使所选择的光电传感结构获取工作电压，进行工作状态，其他未被选择的光电传感结构未获取工作电压而不会进入工作模式，因此可以降低芯片的功耗，并减少散热。

在一实施例中，当光电传感结构具有单输出端时，芯片具有m个第一多路选择器、m个第二多路选择器和m个信号处理电路，其中，m个信号处理电路和m个第二多路选择器的主连接端一一对应连接，m个第二多路选择器的次连接端分别与各光电传感结构的输出端连接，m个第一多路选择器的主连接端与输入电路连接，m个第一多路选择器的多个次连接端与各光电传感结构的输入端一一对应连接。接通m个第一多路选择器和m个第二多路选择器，使其中m个光电传感结构获取工作电压并生成m路感应信号，各感应信号经过对应的信号处理电路进行处理后输出m路输出信号。在一具体实施例中，如图3a所示，m＝1，光电传感结构与电输入端之间以及光电传感结构与信号处理电路之间分别连接有一个第一多路选择器和一个第二多路选择器，此时，当电输入端接入电压时，仅一个光电传感结构进入工作状态，芯片仅输出一路处理信号。在另一具体实施例中，如图3b所示，m＞1，光电传感结构与电输入端之间以及光电传感结构与信号处理电路之间分别连接有多个第一多路选择器和多个第二多路选择器，此时，当电输入端接入电压时，可选择多个光电传感结构进入工作状态，芯片可输出多路处理信号。

在一实施例中，如图3c所示，上述光电传感结构具有两个输出端，定义为第一输出端和第二输出端，对应的，信号处理电路也具有两个输入端，定义为第一输入端和第二输入端，上述芯片中至少包括两个第二多路选择器，其中一个第二多路选择器连接于各光电传感结构的第一输出端与信号处理电路的第一输入端之间，另一个第二多路选择器连接于各光电传感结构的第二输出端与信号处理电路的第二输入端之间。在一实施例中，芯片具有m个第一多路选择器、2m个第二多路选择器和m个信号处理电路，其中，m个第一多路选择器的连接以及2m个第二多路选择器的连接已在上文详细介绍，在此不再赘述。

在以上各实施例中，各多路选择器是通过cmos工艺集成于该光电传感芯片内，在本实施例中，光电传感结构、信号处理电路以及各多路选择器均通过半导体工艺集成于同一半导体芯片内，能够减低寄生电容、加快反应速度且整个芯片面积较小，不会占据较多空间。在以上各实施例中，上述光电传感结构为硅光电倍增管(siliconphotomultiplier，简称sipm)。在以上各实施例中，输入电路与芯片的电输入端连接，在一实施例中，如图4所示，芯片具有多个电输入端，输入电路与各电输入端之间连接有多路选择器，定义为第三多路选择器。在本实施例中，芯片设置多个电输入端，且电输入端通过第三多路选择器与输入电路连接，此时，各电输入端可接入不同的电压，芯片可以通过第三多路选择器，选择接通所需的电输入端，使得芯片应用更加灵活，同时，通过调整多路选择器的连接，可以快速切换工作电压。在一实施例中，上述各电输入端所接入的电压包括最小工作电压、最大工作电压以及均分从最小工作电压和最大工作电压区间的中间电压。在一具体实施例中，上述光电传感结构可为硅光电倍增管、单电子雪崩二极管等，其工作模式为盖革模式，其最小工作电压为击穿电压。

在以上各实施例中，上述光电传感芯片为飞行时间测距传感芯片，通过向目标发射光脉冲并接收物体反射回来的光，通过上述光电传感结构生成感应信号，并经过信号处理电路输出处理信号，从而计算光脉冲往返的飞行时间以得到与目标物之间的距离。上述飞行时间测距传感芯片可用于激光雷达、3d相机内。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。