[發明專利]一種電流模式陣列SPAD增益均勻性自適應控制電路

有效

• 申請號: 201810982661.7
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN108874020B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 鄭麗霞;錢智明;張廣超;顏偉軍;吳金;孫偉鋒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 徐瑩

1.一種電流模式陣列SPAD增益均勻性自適應控制電路，其特征在于，包括：

公共電流偏置模塊，由恒流源和電流鏡電路構成，用于通過電流鏡電路為陣列SPAD的各個SPAD像素單元提供相同的恒流源電流；

與陣列SPAD中的SPAD像素單元數量對應的若干單像素電路，其中每個單像素電路均包括電流監測模塊和主動淬滅模塊；所述電流監測模塊由運算放大器及電流鏡構成，用于檢測陣列SPAD中SPAD像素單元的工作狀態，并產生不同的電壓信號對SPAD像素單元進行增益自適應控制，同時將輸出電壓信號作為主動淬滅模塊的輸入信號；所述主動淬滅模塊，由比較器和淬滅管構成，用于根據電流監測模塊的輸出電壓信號觸發工作，控制淬滅管產生雪崩淬滅信號；

其中，所述電流監測模塊由運算放大器及電流鏡構成，具體為：由運算放大器OP_i、由PMOS管M_{4_i}和PMOS管M_{5_i}構成的共源共柵電流鏡、由NMOS管M_{i_L}和NMOS管M_{i_R}構成的電流鏡組成，其中，i為陣列SPAD中SPAD像素單元的編號，且取值為1以上的自然數；所述PMOS管M_{4_i}的柵極、PMOS管M_{5_i}的柵極分別短接至公共電流偏置模塊，及PMOS管M_{4_i}的源極連接電源V_DD且PMOS管M_{4_i}的漏極連接PMOS管M_{5_i}的源極；所述NMOS管M_{i_L}和NMOS管M_{i_R}的柵極短接，及NMOS管M_{i_L}的漏極連接PMOS管M_{5_i}的漏極，NMOS管M_{i_R}的漏極連接SPAD的陽極且NMOS管M_{i_L}和NMOS管M_{i_R}的源極接地；所述運算放大器OP_i的同相輸入端和反相輸入端分別連接NMOS管M_{i_L}的漏極和SPAD的陽極，且運算放大器OP_i的輸出端同時連接至NMOS管M_{i_L}和M_{i_R}的柵極；將SPAD的陽極作為電流監測模塊的輸出端。

2.根據權利要求1所述電流模式陣列SPAD增益均勻性自適應控制電路，其特征在于：所述公共電流偏置模塊由恒流源和電流鏡電路構成，具體為：由恒流源I_DC、NMOS管M₁、NMOS管M₂、NMOS管M₆、PMOS管M₃、PMOS管M₄和PMOS管M₅構成，其中恒流源I_DC連接NMOS管M₁的漏極，NMOS管M₁柵漏極短接同時接NMOS管M₂的柵極；所述NMOS管M₂的漏極連接PMOS管M₃的漏極，及PMOS管M₃的柵漏極短接同時連接PMOS管M₅的柵極；所述PMOS管M₅的源極連接PMOS管M₄的漏極，且PMOS管M₄的柵極連接PMOS管M₅的漏極；所述NMOS管M₆的漏極連接PMOS管M₅的漏極；所述NMOS管M₁、M₂、M₆的源極均接地，及PMOS管M₃、PMOS管M₄的源極均連接電源V_DD。

3.根據權利要求1所述電流模式陣列SPAD增益均勻性自適應控制電路，其特征在于：所述主動淬滅模塊由比較器和PMOS淬滅管M_{q_i}構成，具體為：比較器cmp_i的輸入端連接電流監測模塊，及比較器cmp_i的輸出端接PMOS淬滅管M_{q_i}的柵極，且PMOS淬滅管M_{q_i}的源極接電源V_DD及其漏極連接至SPAD的陽極。