[發明專利]一種具有復位控制的窗口信號產生和閾值計數電路

有效

• 申請號: 201911018199.X
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110888119B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉馬良;楚澤坤;胡進;劉秉政;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487;H03K19/003
• 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: 劉長春

本發明涉及一種具有復位控制的窗口信號產生和閾值計數電路，包括窗口產生模塊、閾值計數模塊和復位控制模塊，窗口產生模塊的輸入端和閾值計數模塊的輸入端接收光子信號，閾值計數模塊的輸出端連接窗口產生模塊的控制信號輸入端，窗口產生模塊的輸出端連接復位控制模塊的輸入端，復位控制模塊輸出端分別連接窗口產生模塊的復位端和閾值計數模塊的復位端；窗口產生模塊根據光子信號和控制信號輸出STOP信號；閾值計數模塊對光子信號進行計數，并與設定的閾值比較判斷得到控制信號；復位控制模塊根據STOP信號產生復位信號，使電路進行復位操作。本發明的電路，能夠有效的減少由于背景光和暗計數產生的誤觸發信號。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種具有復位控制的窗口信號產生和閾值計數電路。

背景技術

單光子檢測是近年來發展起來的一項新興的探測技術，它可以應用于生物芯片檢測、醫療診斷、非破壞性物質分析、天文觀測、國防軍事、光譜測量、量子電子學等領域，并在其中扮演著重要角色，單光子探測器在一些新興高科技領域內的重要工程價值，已得到越來越充分的體現。

單光子雪崩二極管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)和時間數字轉換器(Time to Digital Convert，TDC)作為激光雷達(LIDAR)的重要組成模塊，在激光雷達探測技術領域中不可或缺。TDC電路具有高距離分辨率的優點，可以將時間間隔信息轉換成數字量輸出，實現高精度時間間隔的測量。SPAD具有高增益和高的信噪比，單個光子就可觸發雪崩，產生雪崩電流，可得到極大的光生電流增益。基于半導體雪崩光電二極管(APD)的單光子探測器由于暗(背景)噪聲的影響，通常恒定工作在偏置電壓低于反向擊穿電壓下，即所謂線性模式的雪崩光電二極管，其僅有較小雪崩增益，不具有單光子探測能力。而工作在偏置電壓高于反向擊穿電壓的過偏壓下，即所謂蓋革模式的雪崩光電二極管，過偏壓使其雪崩倍增區形成強電場，當單個光子入射產生的載流子進入雪崩倍增區時，會以一定的概率觸發雪崩倍增(增益106)，使單光子電流在皮秒時間量級上升至較易檢測的大電流(毫安量級)，具有單光子探測性能，在這種工作模式下能實現單光子探測的雪崩光電二極管被稱為單光子雪崩二極管(SPAD)。

因為半導體雪崩擊穿具有自持行為特性，當SPAD長時間處于雪崩狀態時其工作性能和可靠性將會受到損害，需要動態偏置和快速淬滅電路，使得在SPAD雪崩發生后能夠迅速地使雪崩電流淬滅并把SPAD恢復到等待探測狀態，控制過程較為復雜，而且具有暗計數的缺點。因此，設計一種降低暗計數缺點的有復位控制的窗口信號產生和閾值計數電路具有重要的意義和應用前景。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種具有復位控制的窗口信號產生和閾值計數模塊。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種具有復位控制的窗口信號產生和閾值計數電路，包括窗口產生模塊、閾值計數模塊和復位控制模塊，其中，

所述窗口產生模塊的輸入端和所述閾值計數模塊的輸入端接收光子信號，所述閾值計數模塊的輸出端連接所述窗口產生模塊的控制信號輸入端，所述窗口產生模塊的輸出端連接所述復位控制模塊的輸入端，所述復位控制模塊輸出端分別連接所述窗口產生模塊的復位端和所述閾值計數模塊的復位端；

所述窗口產生模塊用于根據所述光子信號和控制信號輸出STOP信號；

所述閾值計數模塊用于對所述光子信號進行計數，并與設定的閾值進行比較判斷得到所述控制信號；

所述復位控制模塊根據所述STOP信號產生復位信號，所述窗口產生模塊和所述閾值計數模塊根據所述復位信號進行復位操作。

在本發明的一個實施例中，所述窗口產生模塊包括第一D觸發器、延遲單元、第二D觸發器、傳輸門和第一反相器，其中，

所述第一D觸發器的輸入端連接電壓端，時鐘端接收所述光子信號，輸出端連接所述延遲單元的輸入端；