产业观察 · 第 040 期

37 皮秒不是分辨率

THE NUMBER MOST OFTEN MISREAD IN A SPAD DATASHEET

TDC 的时间桶宽度只有 37 ps，宣传页把它写成时间分辨率。但真正决定测距精度的是 IRF——224 ps。两者换算成距离，差了六倍。

2026.10.22产业观察约 2,100 字7 分钟文 / 灵猫传媒技术组

37 ps

TDC 时间桶宽度（刻度）

224 ps

IRF 半高宽（实际分辨率）

33.6 mm

224 ps 对应的单程距离当量

6.05×

宣传值与实际值的差距

规格书上的三个「时间」不是一回事

概念

SPAD 阵列的规格书里，跟时间有关的参数至少有三个，它们经常被折叠成一个数字对外传播：

参数	含义	典型值	能不能当分辨率用
TDC 时间桶宽度	时间数字转换器的最小计时步长	37 ps	不能，只是刻度
抖动 jitter	单次测量相对真值的随机散布	数十至数百 ps	部分，需看统计口径
IRF 半高宽	整机对理想光脉冲的响应宽度	100–300 ps	能，这是有效分辨率

37 ps 属于第一行。它是尺子上的最小刻度，不是尺子的准确度。把刻度当准确度，就像拿游标卡尺的分度值去宣称测量精度——忽略了对准、温漂和被测物本身的形变。

换算一次：皮秒在测距里是几厘米

换算

光在真空中的速度是 299.792458 mm/ns，即每皮秒约 0.15 毫米单程。dToF 测的是往返，所以一个 ps 对应 0.075 mm 的距离量。把这个系数乘上去，两个数字的差距立刻显形：

指标	时间量	单程距离当量	相对差距
TDC 桶宽	37 ps	5.6 mm	—
IRF 半高宽	224 ps	33.6 mm	6.05 倍

同一颗芯片，宣传口径给你 5.6 毫米，实际测距误差在 3.4 厘米量级。六倍不是舍入误差，是差了半个数量级。在 200 米外的目标上 3.4 厘米无所谓；在 1 米内做手势识别的模组上，3.4 厘米足以让指尖和手背分不开。

37 ps 不是分辨率，224 ps 才是。规格书没错，错的是引用它的人没往后翻一页。— 参数与指标的差别

谁在决定 224 这个数

误差链

IRF 是整机量，不是像素量。它由四段串起来：SPAD 结电容与淬灭电路的响应速度、TDC 的量化与游标误差、激光脉冲本身的宽度、以及发射光路在目标面上的扩散。任何一段变宽，IRF 都跟着变宽——而 TDC 桶宽只贡献其中一段，且往往不是最大的一段。

2019 年 Henderson 等人在 IEEE JSSC 上给出的数据就是现成的反例：那颗芯片的 TDC 步长做到 33–120 ps 可调，但实测 IRF 是 219 ps。工艺进步到 2026 年，桶宽压到 37 ps，IRF 仍在 224 ps 附近——八年过去，刻度精细了三倍多，准确度几乎没动。这条曲线说明，限制因素从来不在 TDC。

参数陷阱 / 引用时的最小要求

凡是引用时间分辨率，必须同时给出：测量波长（905 nm 与 1550 nm 的扩散不同）、SPAD 过偏压（PDE 与抖动反向拉扯）、靶面条件（漫反射板还是合作目标）、统计口径（单像素 FWHM 还是阵列加权）。四项缺一，这个数就只能当宣传语用。

PDE 与 DCR 是同一根绳的两头

权衡

SPAD 的过偏压越高，击穿概率越大，光子探测效率（PDE）上升，同时暗计数率（DCR）与后脉冲也一起上升，抖动却会略变好。所以规格书上的 PDE 24%、DCR 几十 cps/µm² 这类数字，都是某个偏压点上的快照，换一个偏压点结论就反过来。

索尼 IMX459（2021 年发布，至今仍是车载 dToF 的参照物）给的是 905 nm 下 24% 的 PDE、10.08 µm 像素、597 × 168 分辨率、300 米测距。这组数字之所以被反复引用，是因为它把偏压、温度、波长都写全了——可复现的参数才是参数。

256 与 64 之间那个 4×4

阵列

2026 年 9 月发布的 Singular Photonics Litavis 给了一组很容易看漏的规格：256 × 256 的强度图，但只有 64 × 64 的计时通道。原因是它把 4 × 4 个像素合成一个宏像素共用一个 TDC。这不是偷工减料，而是 TDC 面积与功耗的必然结果——每个像素配一个 TDC，填充因子会被吃掉一大半。

代价是深度图与强度图分辨率不一致，做点云融合时必须先对齐。这个细节在选型时经常被忽略，直到发现「能看见但分不开」才发现问题出在深度通道上。看到 256 × 256 先问一句：这是强度还是深度？

结论

判断

CONCLUSION

SPAD 的规格书里，TDC 桶宽是最容易被摘出来当卖点的数。它真实存在、确实在进步，但和用户能感知的测距精度之间隔着六倍。判断一颗芯片，看 IRF、看 PDE 与 DCR 的偏压点、看深度通道与强度通道是否同分辨率——这三项比任何一个皮秒数都更能决定系统能不能用。

参考来源

SOURCES

Singular Photonics，Litavis 单光子阵列发布资料，2026-09-10；256 × 256 强度、64 × 64 计时、TDC 37 ps、IRF 224 ps。
R. K. Henderson 等，A 192×128 SPAD dToF sensor，IEEE JSSC，2019；TDC 步长 33–120 ps 可调，实测 IRF 219 ps。
索尼半导体，IMX459 车载 SPAD dToF 传感器产品资料；597 × 168、10.08 µm、905 nm、PDE 24%、300 m。
光速换算取 c = 299.792458 mm/ns，单程 0.1499 mm/ps，往返 0.0750 mm/ps。

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