[發明專利]一種應用于單光子雪崩二極管的快速有源淬滅電路

有效

• 申請號: 201910528611.6
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110274697B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 劉馬良;劉秉政;黎雄政;胡進;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;H03K17/693
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

本發明屬于光電探測技術領域，具體涉及一種應用于單光子雪崩二極管的快速有源淬滅電路，包括單光子雪崩二極管SPAD和高壓電壓端HVDD，單光子雪崩二極管SPAD的陰極與高壓電壓端HVDD連接，用于產生雪崩電流脈沖；還包括：淬滅復位單元，與單光子雪崩二極管SPAD連接，用于淬滅并復位單光子雪崩二極管SPAD，并根據雪崩電流脈沖產生脈沖電壓信號；電源單元VDD，用于為淬滅復位單元與提供電源。本發明具有淬滅和復位速度極快、結構簡單的有益效果。

技術領域

本發明屬于光電探測技術領域，具體涉及一種應用于單光子雪崩二極管的快速有源淬滅電路。

背景技術

近年來，單光子雪崩二極管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)在極微弱光探測領域得到了越來越多的應用。一般情況下，SPAD工作時兩端的電壓高于其雪崩擊穿電壓時，可稱其工作在蓋革(Geiger)模式。與傳統的極微弱光檢測器件相比，工作在蓋革模式下的單光子雪崩二極管具有高增益、高靈敏度、高信噪比等特點，只需單個光子就可觸發工作在蓋革模式下的SPAD發生雪崩效應，產生雪崩電流，這樣可得到極大的光生電流增益，由SPAD作為光電檢測器件的光電探測器也具有體積小、功耗低、可高度集成等特點。

然而，光子觸發SPAD產生雪崩電流后，如不采取措施，雪崩電流會一直持續產生，若不及時淬滅，長時間工作大流量模式下的元器件就會因此損壞，影響電路可靠性。在發生雪崩電流后不僅要快速淬滅，還需快速復位SPAD至初始狀態，以便下次光子檢測。淬滅電路一般可分為兩種形式，一種為采用串聯大阻值電阻方式的無源淬滅，其結構簡單，但淬滅復位時間可長達數百納秒；另一種為采用反饋結構的有源淬滅，其淬滅復位速度較快，但結構較為復雜，版圖面積也會響應增大，不利于大規模像素單元的集成。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種應用于單光子雪崩二極管的快速有源淬滅電路。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種應用于單光子雪崩二極管的快速有源淬滅電路，包括單光子雪崩二極管SPAD和高壓電壓端HVDD，所述單光子雪崩二極管SPAD的陰極與所述高壓電壓端HVDD連接，用于產生雪崩電流脈沖；還包括：

淬滅復位單元，與單光子雪崩二極管SPAD連接，用于淬滅并復位單光子雪崩二極管SPAD，并根據雪崩電流脈沖產生脈沖電壓信號；

電源單元VDD，用于為所述淬滅復位單元與提供電源。

在本發明的一個實施例中，所述淬滅復位單元包括過偏電壓端V_EX、P管調節電壓VBIASP、N管調節電壓VBIASN、NMOS管NM1、NM2、NM4、NM5、NM6、NM7、NM8和PMOS管PM1、PM2、PM3、PM4、PM5、PM6、PM7；