이 글은 면적 및 에너지 효율적인 아키텍처 구현을 위한 기반을 마련하고자, 아날로그 보조 방식의 픽셀 내 줌 히스토그램 시간-디지털 변환기(analog-assisted in-pixel zoom histogramming time-to-digital converter; hTDC)를 탑재한 CMOS 플래시 라이트 감지 및 거리측정(LiDAR) 센서를 제시한다. 제안된 hTDC는 이전 hTDC에서 타이밍 생성기(TG)의 디지털 카운터 및 로직을 대체하여, 시간-아날로그 변환기(time-to-analog converter; TAC)와 자기 기준 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기(self-referenced successive approximation register analog-to-digital converter; SAR ADC)로 구성된 아날로그 대응 회로를 사용한다. 제안된 hTDC는 SA-hTDC에 기반한 거친 단계(coarse step)와 간접 비행시간(indirect time-of-flight; iToF) 기법에 기반한 정밀 단계(fine step)에 따라 2단계 줌 hTDC 기능을 지원한다. 제안된 아키텍처는 고주파 클록의 필요성을 최소화하여, 픽셀당 전력 소모가 W로 매우 낮다. 또한 SPAD 소자 아래에 커패시터를 배치함으로써 픽셀 피치는 m로 축소된다. 자기 기준 SAR ADC는 아날로그 TG의 PVT 변동을 완화하고, TAC의 변환 기울기에서 픽셀 간 비균일성을 억제한다. 깊이 메모리의 D 래치는, 거친 동작에서 4-b coarse ToF를 순차적으로 저장 및 읽기 위해 재활용되며, 정밀 동작에서는 단일 기울기(single-slope; SS) ADC의 10-b 디지털 출력을 저장 및 읽는 데 사용된다. 픽셀 배열을 갖는 프로토타입 LiDAR 센서는 0.11- m CMOS 이미지 센서(CIS) 공정에서 제작되었다. 거친 TDC는 1.5 m의 분해능을 제공하며, 감지 범위는 최대 24 m이다. 거친 및 정밀 TDC는 각각 깊이 정확도 2.9 cm와 정밀도 3.5 cm를 제공하며, 측정 범위는 3–4.4 m이다.
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