[實用新型]一種寬電流輸入范圍的門控淬滅電路

有效

• 申請號: 201720748074.2
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN206832359U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 白濤;劉小淮
• 申請（專利權）人: 北方電子研究院安徽有限公司
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 耿英,董建林

技術領域

本實用新型涉及一種淬滅電路，屬于電路技術領域。

背景技術

激光雷達是一種可以精確快速地獲取地面或大氣三維空間信息的主動探測技術，可以用來進行測距測角等，因此其在軍事和民用領域到了廣泛的應用。

成像激光雷達分為多種工作模式。如采用單元探測器的掃描成像與采用陣列探測器的非掃描成像。采用單元探測器的掃描成像作用距離可以很遠，但成像速率會受到一定的限制；采用傳統大面陣探測器的非掃描成像激光雷達是基于線性APD(Avalanche Photo Diode)原理，它能夠以很高的速率成像，但是需要大功率激光器照射目標，所以作用距離不會太遠。

APD兩端的反向偏置電壓低于其雪崩擊穿電壓時，APD的輸出電流與入射光強成正比，即APD工作在線性模式；當偏置電壓大于雪崩擊穿電壓時(過反偏狀態)，一個光生載流子即能觸發極大增益的自持式雪崩電流，即APD工作在蓋革模式。這種由單個光生載流子快速觸發產生的可探測雪崩電流，使得APD可實現單光子的有效探測。因此，基于大面陣蓋革(GM)APD的激光雷達不僅成像速度快，可以時時捕捉動態目標，而且可以作用非常遠的距離，實現超遠距離成像。工作在蓋革模式下的高靈敏度APD稱為單光子雪崩二極管(Single Photo Avalanche Diode,SPAD)。

大面陣的APD探測器需要配套大面陣激光雷達讀出電路，而目前國內激光雷達讀出電路還是以分立器件為主，因此規模很小，分辨率及成像速率較低。當面陣APD規模達到64X64像素單元甚至更高時，激光雷達讀出電路只能采用單片集成的方法實現。基于標準的CMOS工藝實現大面陣激光雷達讀出電路芯片，可以縮小控制系統的體積、減輕重量、降低功耗、提高抗干擾能力、增加可靠性，在實現對目標高幀頻率捕獲的同時獲得高精度的時間分辨率。

當SPAD處于過反偏時,由于光子的觸發，SPAD會產生自持續電流。如果不采取任何抑制措施，雪崩過程將會持續下去直至器件永久性損壞。所以通常在雪崩倍增效應發生后需要快速降低SPAD兩端的電壓來抑制雪崩。

SPAD淬滅電路的作用就是快速檢測到雪崩電流并提取出一個標準的數字信號,同時減小SPAD的反偏電壓至雪崩電壓以下，進而淬滅雪崩電流。淬滅電路的性能直接影響探測系統的整體。

實用新型內容

受現有SPAD材料性能和國內加工手段的限制，單光子觸發近mA級的電流很難實現；同時考慮面陣SPAD的非一致性，有的光子觸發電流不足0.1mA，因而傳統門控淬滅電路難以或在有限的時間內響應。本實用新型所要解決的技術問題是提供一種寬電流輸入范圍的門控淬滅電路。本實用新型為了解決現有的技術問題，提供一種基于雙閾值比較器的門控淬滅電路，以適應大動態范圍的觸發電流信號。其中，門控方式同傳統的電阻被動淬滅、主動和混合淬滅控制方式相比，它可以使SPAD只在短暫的時間內工作于過反偏模式下,因而提高了SPAD的使用壽命和可靠性，且有效降低器件暗計數率。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種寬電流輸入范圍的門控淬滅電路，其特征是，包括充電管MOS管M2、淬滅管MOS管M1、由MOS管M3、M4、M5、M6、M7及電流源I₀和10I₀構成的電壓比較器和由MOS管M8、M9、M10、M11、M12和M13構成的控制整形電路；

MOS管M2與MOS管M1的漏極共連至A點及電壓比較器中MOS管M3的柵極，經A點通過銦柱與SPAD的陽極連接；MOS管M1的源極接電源VDD；MOS管M2的源極接地；MOS管M2的柵極接或非門的輸出端；MOS管M1的柵極接B點，同時連接至控制整形電路中MOS管M11的漏極；

電壓比較器中MOS管M3的源極、MOS管M4的源極共連至電流源10I₀的輸出端，MOS管M3的漏極同時連接至MOS管M5的漏極和MOS管M7的柵極，MOS管M4的漏極連接至MOS管M6的漏極與柵極，MOS管M4的柵極接參考電壓Vref；MOS管M5的柵極與MOS管M6的柵極共連，MOS管M5的源極、MOS管M6的源極、MOS管M7的源極均接地；MOS管M7的漏極同時連接電流源I₀的輸出端與控制整形電路中MOS管M9、M10的柵極；電流源I₀和10I₀的輸入端均連接至電源ADD；