Brevet FR3131805A1 — publié le 20230714

Capteur de lumière La présente description concerne un capteur de lumière (1) comprenant une puce de circuit intégré (100) et un convertisseur DC-DC élévateur (106). La puce (100) comprend une matrice de pixels (102, 104) comportant chacun au moins une SPAD. Le convertisseur (106) délivre aux SPADs (200) un potentiel de polarisation (VHV) apte à placer les SPADs en mode Geiger. Le convertisseur (106) comprend une inductance (110), un premier interrupteur (112), un deuxième interrupteur (114) et un circuit (CTRL) commandant des commutations du premier interrupteur (112). L'inductance (110) et les premier et deuxième interrupteurs (112, 114) sont disposés à l'extérieur de la puce (100) alors que le circuit de commande (CTRL) appartient à la puce (100). Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Capteur de lumière La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques, et, plus particulièrement, les capteurs de lumière, par exemple les capteurs de temps de vol. Les capteurs de lumière comprenant des diodes à avalanche à photon unique (SPAD de l'anglais "Single Photon Avalanche Diode") sont connus. De tels capteurs, par exemple des capteurs de temps de vol, comprennent une matrice de pixels où chaque pixel de la matrice comprend au moins une SPAD et est par exemple appelé pixel SPAD ou pixel à diode à avalanche à photon unique. Cette matrice de pixels est mise en œuvre dans et sur une puce de circuit intégré, la puce étant mise en œuvre à partir d'une couche semiconductrice. D'autres circuits du capteur, par exemple des circuits de commande des pixels et/ou des circuits de lecture des pixels, sont généralement mis en œuvre dans la même puce de circuit intégré que la matrice de pixel. Comme cela est bien connu de la personne du métier, pour détecter un photon unique, une SPAD doit d'abord être polarisée par un potentiel supérieur à sa tension de claquage ("breakdown voltage" en anglais). Ce potentiel de polarisation est déterminé de sorte que le champ électrique dans la jonction PN de la diode soit assez élevé pour que, lorsqu'un photon est reçu par la SPAD et entraîne la génération d'un porteur de charge, l'injection de ce porteur de charge dans la zone de déplétion de la SPAD déclenche un phénomène d'avalanche dans la SPAD. Ce mode de fonctionnement d'une diode est appelé mode Geiger dans la littérature. Il existe diverses solutions pour générer ce potentiel de polarisation et le fournir aux SPAD de la matrice de pixels du capteur. Toutefois, ces solutions connues présentent toutes des inconvénients. Il existe un besoin d'un capteur de lumière comprenant une puce de circuits intégrés, la puce comprenant une matrice de pixels à SPAD, dans lequel la génération du potentiel de polarisation des SPADs au-dessus de leur tension de claquage résout au moins certains des inconvénients des capteurs de lumière connus. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des capteurs de lumière connus, par exemple des capteurs de lumière connus comprenant une matrice de pixels à SPAD. Un mode de réalisation prévoit un capteur de lumière comprenant une puce de circuit intégré et un convertisseur DC-DC élévateur, dans lequel : la puce de circuit intégré comprend une matrice de pixels, chaque pixel comportant au moins une diode à avalanche à photon unique ; le convertisseur est configuré pour délivrer un potentiel de polarisation aux diodes des pixels, le potentiel de polarisation étant apte à placer lesdites diodes en mode Geiger ; et le convertisseur comprend : - une inductance couplant un noeud configuré pour recevoir un premier potentiel d'alimentation à un noeud intermédiaire ; - un premier interrupteur couplant le noeud intermédiaire à un potentiel de référence ; - un deuxième interrupteur couplant le noeud intermédiaire à un noeud de sortie du convertisseur, le noeud de sortie étant configuré pour délivrer ledit potentiel de polarisation ; et - un circuit de commande configuré pour commander des commutations du premier interrupteur, l'inductance, le premier interrupteur et le deuxième interrupteur du convertisseur étant disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré et le circuit de commande appartenant à ladite puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, le deuxième interrupteur est une diode. Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend en outre une première capacité couplant le noeud de sortie au potentiel de référence, la première capacité étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, le noeud de sortie du convertisseur est connecté à une borne d'entrée de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, la borne d'entrée de la puce de circuit intégré est couplée, de préférence connectée, à une entrée du circuit de commande. Selon un mode de réalisation, la borne d'entrée de la puce est couplée à la matrice de pixels de sorte qu'un potentiel sur la borne d'entrée soit fourni à chaque diode à avalanche à photon unique de la matrice de pixels de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, le potentiel de polarisation a une valeur cible supérieure à 15 V, de préférence supérieure ou égale à 20 V. Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour mettre en œuvre une fonction de capture de temps de vol. Selon un mode de réalisation, une borne de commande du premier interrupteur du convertisseur est connectée à une borne de sortie de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, une sortie du circuit de commande est couplée, de préférence connectée, à la borne de sortie de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend en outre une deuxième capacité couplant le noeud configuré pour recevoir le premier potentiel d'alimentation au potentiel de référence, la deuxième capacité étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré. Selon un mode de réalisation, la puce de circuit intégré comprend une borne configurée pour recevoir le potentiel de référence. Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend en outre une résistance connectée en série avec l'inductance, entre le noeud configuré pour recevoir le premier potentiel d'alimentation et le noeud intermédiaire, la résistance étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré et la puce comprenant deux bornes connectées chacune à une extrémité différente de la résistance et au circuit de commande. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend un substrat sur lequel sont montés la puce de circuit intégré et des composants du convertisseur qui sont disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré, le support comprenant des pistes conductrices configurées pour connecter entre eux la puce et les composants du convertisseur qui sont disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré. Les composant du convertisseur qui sont disposés à l'extérieur de la puce et qui sont montés sur le support comprennent, par exemple, les premier et deuxième interrupteurs et l'inductance. Selon un mode de réalisation, le capteur comprend en outre : - un boîtier de protection monté sur le support ; et - au moins une source de lumière montée sur le support, la puce, l'inductance du convertisseur, les premier et deuxième interrupteurs du convertisseur et ladite au moins une source de lumière étant encapsulés dans ledit boîtier, et le capteur formant un module prêt à l'emploi. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la représente, de manière schématique et au moins en partie sous la forme de blocs, un mode de réalisation d'un capteur de lumière ; la représente de manière schématique un exemple d'un pixel comprenant une diode à avalanche à photon unique ; la représente, de manière schématique et au moins en partie sous la forme de blocs, un exemple d'un circuit du capteur de la ; et la représente, de manière schématique et au moins en partie sous la forme de blocs, une variante de réalisation du capteur de la . Capteur de lumière (1) comprenant une puce de circuit intégré (100) et un convertisseur DC-DC élévateur (106), dans lequel : la puce de circuit intégré (100) comprend une matrice de pixels (102, 104), chaque pixel (104) comportant au moins une diode à avalanche à photon unique (200) ; le convertisseur (106) est configuré pour délivrer un potentiel de polarisation (VHV) aux diodes (200) des pixels (102), le potentiel de polarisation (VHV) étant apte à placer lesdites diodes en mode Geiger ; le convertisseur (106) comprend : - une inductance (110) couplant un noeud (116) configuré pour recevoir un premier potentiel d'alimentation (Vbat) à un noeud intermédiaire (118) ; - un premier interrupteur (112) couplant le noeud intermédiaire (118) à un potentiel de référence (GND) ; - un deuxième interrupteur (114) couplant le noeud intermédiaire (118) à un noeud de sortie (124) du convertisseur, le noeud de sortie (124) étant configuré pour délivrer ledit potentiel de polarisation (VHV) ; et - un circuit de commande (CTRL) configuré pour commander des commutations du premier interrupteur (112), l'inductance (110), le premier interrupteur (112) et le deuxième interrupteur (114) du convertisseur étant disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100) et le circuit de commande (CTRL) appartenant à ladite puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon la revendication 1, dans lequel le deuxième interrupteur (114) est une diode. Capteur de lumière selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le convertisseur (106) comprend en outre une première capacité (Cout) couplant le noeud de sortie (124) au potentiel de référence (GND), la première capacité étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le noeud de sortie (124) du convertisseur (106) est connecté à une borne d'entrée (128) de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon la revendication 4, dans lequel la borne d'entrée (128) de la puce de circuit intégré (100) est couplée, de préférence connectée, à une entrée (126) du circuit de commande (CTRL). Capteur de lumière selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la borne d'entrée (128) de la puce (100) est couplée à la matrice de pixels (102, 104) de sorte qu'un potentiel (VHV) sur la borne d'entrée (128) soit fourni à chaque diode à avalanche à photon unique (200) de la matrice de pixels (102, 104) de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le potentiel de polarisation (VHV) a une valeur cible supérieure à 15 V, de préférence supérieure ou égale à 20 V. Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, configuré pour mettre en œuvre une fonction de capture de temps de vol. Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel une borne de commande du premier interrupteur (112) du convertisseur (106) est connectée à une borne de sortie (132) de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon la revendication 9, dans lequel une sortie (130) du circuit de commande (CTRL) est couplée, de préférence connectée, à la borne de sortie (132) de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le convertisseur (106) comprend en outre une deuxième capacité (Cin) couplant le noeud (116) configuré pour recevoir le premier potentiel d'alimentation (Vbat) au potentiel de référence (GND), la deuxième capacité (Cin) étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la puce de circuit intégré (100) comprend une borne (121) configurée pour recevoir le potentiel de référence (GND). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le convertisseur (106) comprend en outre une résistance (Rs) connectée en série avec l'inductance (110), entre le noeud (116) configuré pour recevoir le premier potentiel d'alimentation (Vbat) et le noeud intermédiaire (118), la résistance (Rs) étant disposée à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100) et la puce (100) comprenant deux bornes (408, 400) connectées chacune à une extrémité différente de la résistance (Rs) et au circuit de commande (CTRL, 402, 406). Capteur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant un substrat (140) sur lequel sont montés la puce de circuit intégré (100) des composants (110, 112, 114, Rs, Cin, Cout) du convertisseur (106) qui sont disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100), le support (140) comprenant des pistes conductrices configurées pour connecter entre eux la puce (100) et les composants (110, 112, 114, Rs, Cin, Cout) du convertisseur (106) qui sont disposés à l'extérieur de la puce de circuit intégré (100). Capteur de lumière (1) selon la revendication 14, dans lequel le capteur comprend en outre : - un boîtier de protection monté sur le support ; et - au moins une source de lumière montée sur le support (140), la puce (100), l'inductance (110) du convertisseur, les premier et deuxième interrupteurs (114, 112) du convertisseur et ladite au moins une source de lumière étant encapsulés dans ledit boîtier, et le capteur formant un module prêt à l'emploi.