[發明專利]帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器

在審

• 申請號: 201710084169.3
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106791509A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 羅木昌;申志輝;周勛
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/378
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所50215
• 代理人: 侯懋琪,侯春樂

技術領域

本發明涉及一種雪崩焦平面圖像傳感器，尤其涉及一種帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器。

背景技術

由一定規模的雪崩光電二極管構成的雪崩焦平面探測器陣列，能夠在高電壓條件下利用碰撞離化效應使光電流發生倍增，從而實現對微弱光信號的放大，由此構成的雪崩焦平面圖像傳感器將能實現對微弱光的探測成像；

基于現有技術可知，雪崩焦平面圖像傳感器通常由雪崩焦平面探測器陣列和CMOS讀出電路構成，為了實現雪崩放大功能，雪崩焦平面探測器陣列上需要加載幾十伏甚至一百多伏的高壓偏置電壓，這遠超出了普通CMOS工藝的耐壓能力，在使用中一旦雪崩焦平面探測器陣列中的局部二極管發生短路，高壓就會進入CMOS讀出電路中，將CMOS讀出電路燒毀，為解決此問題，現有技術一般采用特殊的耐高壓CMOS工藝來制作CMOS讀出電路，由此得到的CMOS讀出電路，即使有高壓進入也不會發生燒毀；存在的問題是：一方面，耐高壓CMOS工藝的工藝成本較高，大幅增加了雪崩焦平面圖像傳感器的制造成本，另一方面，現有的耐高壓CMOS工藝與數模混合或全數字的CMOS讀出電路工藝不兼容，后者電源電壓一般為3.3~5V，目前尚無利用兩種工藝結合實現耐受數十伏以上電壓的讀出電路的實踐。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器，其特征在于：所述帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器由雪崩焦平面探測器陣列、CMOS讀出電路和多個高壓保護單元組成；所述雪崩焦平面探測器陣列包括多個像素單元，所述CMOS讀出電路包括多個CTIA型讀出單元，多個像素單元與多個CTIA型讀出單元一一對應，互相匹配的像素單元和CTIA型讀出單元之間均設置有一高壓保護單元；所述高壓保護單元由限流電阻、隔離電阻和二極管組成；所述限流電阻的一端與像素單元的輸出端連接，限流電阻的另一端與A節點連接，隔離電阻的一端與A節點連接，隔離電阻的另一端與CTIA型讀出單元的輸入端連接；二極管的正極與A節點連接，二極管的負極與限壓端口連接；所述二極管的開啟電壓記為VD，所述限壓端口的輸出電壓記為HVCOM，所述CTIA型讀出單元中的放大器上的參考電壓記為VR，所述像素單元的工作電壓記為Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb滿足如下關系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流電阻、隔離電阻和二極管均采用硅集成電路工藝制作。

本發明的原理是：將像素單元的輸出端記為B節點、CTIA型讀出單元的輸入端記為C節點，帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器正常工作時，A節點、B節點和C節點三者的電位相等，都等于VR，由于HVCOM大于VR，此時二極管處于反偏狀態、不導通，從像素單元輸出的光生電流可以無損地進入CTIA型讀出單元的輸入端，經CTIA型讀出單元處理后，形成積分電壓信號Vout向外輸出；當雪崩焦平面探測器陣列發生短路后，像素單元的工作電壓Vb就會作用在B節點處，進而使A節點處的電位也隨之升高，當A節點處的電位升高至大于（HVCOM+VD）時，二極管就會導通，這時，C節點處的電位就會被鉗制在（HVCOM+VD），由Vb所產生的電流就會通過二極管從限壓端口輸出（在此過程中，限流電阻可以起到限流作用，減小由Vb產生的電流），這就可以避免高壓和大電流進入CTIA型讀出單元，對后級電路起到保護作用；

本發明的有益技術效果是：提出了一種帶高壓保護的雪崩焦平面圖像傳感器，該傳感器內設置有高壓保護單元，傳感器正常工作時，高壓保護單元對光生電流無影響，當雪崩焦平面探測器陣列發生短路時，高壓保護單元可阻止高壓和大電流進入CTIA型讀出單元，對后級電路起到保護作用，高壓保護單元采用常規的硅集成電路工藝制作，相比于耐高壓CMOS工藝，本發明的工藝成本較低。

附圖說明

圖1、本發明的電氣原理示意圖（圖中虛線框所示單元即為高壓保護單元）；

圖中各個標記所對應的名稱分別為：限流電阻1、隔離電阻2、二極管3、復位開關RST、積分電容C1、放大器AMP。

具體實施方式