[發明專利]單光子3D激光雷達探測器的光子同步檢測電路及方法

有效

• 申請號: 201910066857.6
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109765544B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 孫飛陽;徐躍;李鼎;吳仲
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01S7/4863
• 分類號: G01S7/4863
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發明公開了一種單光子3D激光雷達探測器的光子同步檢測電路及方法，包括RS觸發器一RSFF_1、RS觸發器二RSFF_2、RS觸發器三RSFF_3、RS觸發器四RSFF_4、判斷電路以及觸發/復位電路，判斷電路由一個電容網絡和一個比較器CMP組成。判斷電路將雪崩脈沖信號個數同時通過電容網絡的充放電過程轉化為一定的電壓閾值V_A，再通過比較器CMP對比所設定的參考電壓信號V_ref，實現同步檢測、抑制噪聲的功能。本發明占用的芯片版圖面積小，有效地提高了SPAD像素單元的填充因子，提高了SPAD陣列探測器的集成度；電路復雜度低，制造工藝完全和CMOS工藝兼容，制造成本低，各個電路之間的性能一致性好，成品率高。

技術領域

本發明提出了一種應用于單光子3D激光雷達探測器的光子同步檢測電路，屬于單光子探測和3D成像技術領域。

背景技術

由于具有探測靈敏度高、響應速度快、面積小、功耗低和CMOS工藝完全兼容等顯著優勢，單光子雪崩光電二極管(Single-Photon Avalanche Diode，SPAD)已在激光測距、熒光壽命成像、DNA測序和3D成像等方面顯示出廣泛的應用前景。而這些應用領域都需要單光子探測器具有良好的抑制噪聲的能力。目前單光子探測器抑制噪聲的方法主要有門控法和雪崩脈沖檢測兩種方法。采用門控淬滅電路雖然能夠在一定的間隔時間內抑制環境光子和SPAD器件暗計數，具有可控性高的優點，但是當外界環境光子噪聲較大時，其規避噪聲的能力較低。雪崩脈沖檢測的方法主要基于數字構造的計數器，雖然其規避噪聲的能力較高，但是占用面積大，適用范圍小，不適用于像素單元中器件雪崩響應間隔時間較短或同時響應的情況。本發明針對這兩種現有電路的缺點，提出了一種光子同步檢測電路，在提高探測器噪聲抑制能力和適用范圍的同時能夠有效降低電路復雜度和面積，可大大提高像素單元填充因子和陣列集成度。

發明內容

發明目的：針對現有光子同步檢測電路抑制環境光子噪聲能力不高、適用范圍小和電路面積大等問題，本發明提出一種能夠改變噪聲抑制性能、集成度到、適用范圍廣的單光子3D激光雷達探測器的光子同步檢測電路及方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種單光子3D激光雷達探測器的光子同步檢測電路，其特征在于：包括RS觸發器一RSFF_1、RS觸發器二RSFF_2、RS觸發器三RSFF_3、RS觸發器四RSFF_4、判斷電路以及觸發/復位電路，其中：

單光子雪崩二極管產生的雪崩脈沖信號一QC1分別與RS觸發器一RSFF_1的置1輸入端S和觸發/復位電路的輸入端一P1連接，單光子雪崩二極管產生的雪崩脈沖信號二QC2分別與RS觸發器二RSFF_2的置1輸入端S和觸發/復位電路的輸入端二P2連接，單光子雪崩二極管產生的雪崩脈沖信號三QC3分別與RS觸發器三RSFF_3的置1輸入端S和觸發/復位電路的輸入端三P3連接，單光子雪崩二極管產生的雪崩脈沖信號四QC4分別與RS觸發器四RSFF_4的置1輸入端S和觸發/復位電路的輸入端四P4連接。

RS觸發器一RSFF_1的的輸出端Q連接判斷電路的輸入端一S1，而輸出端QN連接判斷電路的第一輸入端RS觸發器二RSFF_2的輸出端Q連接判斷電路的輸入端二S2，而輸出端QN連接判斷電路的第二輸入端RS觸發器三RSFF_3的輸出端Q連接判斷電路的輸入端三S3，而輸出端QN連接判斷電路的第三輸入端RS觸發器四RSFF_4的輸出端Q連接判斷電路的輸入端四S4，而輸出端QN連接判斷電路的第四輸入端