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随着科学技术的发展,我们日常生活中、工业界、军事等领域的应用中越来越多需要使用三维(3D)成像技术。按照应用的方式划分,三维测距技术的应用又可分为自动化的应用和非自动化应用。自动化的应用主要包括:停车辅助后方视觉测量防碰撞、自动控制、对安全航线的盲点检测、航线启程警告、无人驾驶、适应巡航等仿生视觉的应用;非自动化应用主要涵盖:在游戏设备中提供人与计算机的信息交换传递,让玩家有身临其境感觉体验游戏,也可以用于计算机辅助设计软件等等。然而,这些领域中应用时涉及的关键技术之一就是三维距离测量技术,因此如何高效率和高精度地对距离信息实施测量,已成为目前三维应用领域进一步发展的关键问题之一,所以光学测距技术的研究变得非常有意义。本文工作是基于标准0.18-μm CMOS工艺,采用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)作为光电检测器件,同时利用相位解调测距原理设计了一款SPAD相位解调测距芯片。本文主要从事相位解调测距技术的研究,目的是为了适应当前时代电子产品的简单化、低功耗、便携式等发展需求,开创更有意义的设计。本文将从以下几个方面来对三维测距技术进行了研究:(1)首先分析目前存在TOF(Time-of-flight)三维测距技术,通过对比这些方法的优缺点,综合考虑对比选择SPAD相位解调测距方法,并重点分析说明了该技术的相关原理,随后对SPAD相位解调测距系统存在的相关误差进行了分析。(2)简述SPAD器件结构的发展历史,分析讨论SPAD设计的关键技术和难点。结合当前深亚微米CMOS工艺选择设计了几种结构,并对这些结构的优缺点进行了分析讨论,最后基于0.18-μm标准的CMOS工艺完成其版图设计。(3)在完成SPAD器件的设计后,我们将重点分析SPAD的淬灭及再充电电路。首先,分析已经存在的相关SPAD淬灭和再充电电路技术的优势与劣势,随后提出本文采用的被动淬灭和主动再充电电路拓扑结构;其次,将对相关的相位解调像素电路设计分析和像素的版图设计;最后,结合相关的辅助电路搭建整个相位解调测距芯片系统。最终完成芯片的相关设计。