一种适用于APD阵列的带有高压保护的电荷灵敏放大器制造技术

一种工作于需要耐高压电路的电荷灵敏放大器，可以应用于APD探测电路的输入端保护。包括探测器接口、高压保护电路、运算放大器、跨接电容、信号处理电路。探测器接口与旁路高压保护相连接，旁路高压保护与可调增益的耐高压灵敏放大器输入相连接，可调增益的耐高压灵敏放大器输出与信号处理电路输入相连接，信号处理电路会输出复位信号与高压保护电路输入相连接，同时信号处理电路也会输出检测的结果。本发明专利技术APD保护电路设计合理，可以调整增益幅度，可进行自动复位，系统稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于APD阵列的带有高压保护的电荷灵敏放大器
本专利技术设计光电成像技术，是一种工作于线性模式的APD阵列的成像读出电路，属于微电子及光电子领域。
技术介绍
在军用、民用的光电成像领域，雪崩光电二极管(APD)可以用来探测单个光子信号的新型高灵敏探测传感器件。其工作原理是利用内部强电场作用，产生雪崩倍增效应。因为APD灵敏度高、响应速度块，并且可以阵列化，因此常用于微弱信号检测、光线通讯等军事监控和民用通讯等领域的探测器和接收。焦平面阵列一般由探测器阵列和读出电路(ROIC)组成，其中探测器的作用是将微弱的光信号转化为微弱的电流信号。工作于线性模式的电路所产生的信号电流与光信号成正比。读出电路的作用是，将微弱的电信号转化为处理机可处理的电信号或数字信号。在电路工作过程中，因为探测器阵列中的像素可能因击穿而失效短路，NonP型雪崩二极管在击穿后，电路会产生负几十伏的电压，导致在硅片上产生一个较大的泄漏电流，容易将芯片烧毁。本实例的高压保护电路即为解决N型雪崩二极管失效后，对于芯片内部其余电路进行保护，使得芯片其余部分仍然可正常工作，以达到提高产品耐用度、成品率。因此设计一个可靠的高压保护电路，是目前雪崩光电二极管读出电路的常见做法。
技术实现思路
：本专利技术提供了一种用于APD需要耐高压电路的电荷灵敏放大器，本专利技术原理时利用探测器产生的光电流信号的脉冲判断光源，将该时刻的信息存储，从而产生目标距离的3D坐标信息。通过电路产生的脉冲间隔确定探测器与物体之间的距离。本实例适用于NonPAPD，该APD工作于负电压区。对于常规结构，如果MOS管的栅或源漏直接与探测电路连接，当探测器发生意外击穿时，MOS管的栅会被击穿，源漏则会导致PN结正偏，产生漏电流，使得电路失效。本专利的特殊设计可以保证在探测器失效时，余下读出电路仍能继续工作不受影响。本专利设计中，探测器件输出与一个漏端耐高压的PMOS、两个耐高压的电容相连接。耐高压管在工作时充当复位管，使得APD探测器在工作时保持一个固定电平，两个耐高压电容C0、C1，其中一个电容C0与电流灵敏放大器的负输入端相连，另一个C1与电流灵敏放大器的输出端相连接。这样的连接模式使得与耐高压结点连接的有源器件仅有一个高压管。当探测器击穿时，与探测器相连的节点电压会被拉低到负几十伏，但由于与高压管连接，另一端是耐高压的电容。本专利提出的结构在可以使APD正常工作的同时，起到保护电路的效果。本专利技术采用的技术方案如下：一种工作于线性模式APD的主动成像保护电路，其特征在于设有探测器、高压保护电路、电流灵敏放大器(CSA)、溢出检测电路、增益控制电路、高通滤波器、及复位控制部分。探测器输出与高压保护电路输入相连接，高压保护电路的输出与电流灵敏放大器输入连接；电流灵敏放大器输出与溢出检测电路输入、高通滤波器输入连接；高通滤波器输出、溢出检测电路输出与复位控制连接；复位控制输出与高压保护电路输入连接。本专利技术优点及显著效果：(1)本保护电路可以实现对NonP型APD的保护，需要高压保护管数量少，适用大规模阵列。(2)本专利技术可以同时进行APD探测器输出端的电压复位操作，利用现有结构实现溢出复位、检测复位的操作。(3)本结构利用的高压管数量较少，仅为1个，有助于芯片内部利用率的提升和成本的降低。附图说明：为更清楚说明本专利技术实例实施的技术方案，下面将针对实施例中所使用的附图做简单介绍，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看做是对范围的限定。对本领域普通技术人员讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的原理框图图2为本专利技术实例提供的需要耐高压电路的电荷灵敏放大器的电路图。图3为本专利技术另一实例提供的需要耐高压电路的电荷灵敏放大器的电路图。其中，40为探测器、10为高压保护电路、20为电流灵敏放大器(CSA)、30后端信号处理及产生复位信号部分。具体实施方式：如图1，本专利技术带有高压保护的电荷灵敏放大器是APD读出电路的核心部分，包括高压保护电路10、带有跨接电容的运算放大器20、信号处理单元30。在一个实施方案中，所述高压保护电路的源端连接电路高电平，漏端为耐高压保护节点连接探测器输入，栅端连接复位信号。所述高压保护电路所述带有跨接电容的运算放大器，其输入端通过一个较大的跨接电容与高压保护电路相连接，其输出端通过一个较小的可调电容与高压保护电路相连接。所述高压保护电路的信号处理电路通过高通滤波器和比较器将运算放大器的输出进行处理后输出到芯片外。在另一个实施方案中，所述高压保护电路的源端通过一个保护电阻连接电路高电平，漏端为耐高压保护节点连接探测器输入，栅端连接复位信号。所述高压保护电路所述带有跨接电容的运算放大器，其输入端通过一个较大的跨接电容与高压保护电路相连接，其输出端通过一个较小的可调电容与高压保护电路相连接。所述高压保护电路的信号处理电路通过高通滤波器和比较器将运算放大器的输出进行处理后输出到芯片外。下面将结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：图2出示了本实例提供的带有APD保护的电荷灵敏放大器。针对其工作时序说明如下：在其正常工作时，首先进行复位阶段，然后进入光电流接受阶段，最后进行采样阶段。(a)复位阶段：RSTN信号处于低电平，此时PM0为导通状态，高压节点经过复位，与VDD电压相同。S0为关断状态，此时第一运放的输入输出电压均为Vcm。(b)光电流接受阶段：当经过一段时间的复位，RSTN变为高电平，此时PM0关闭，S0关闭，S1打开，电路进入光电流接受阶段，此时APD流过的电流因为Vhv的节点电荷守恒，其电荷会转移至C1电容上，光电流的变化会引起V0点电压的变化。(c)采样阶段，在后续过程中，信号处理模块会将V0点的电压变化，经过滤波比较，进行输出，得到一个完整的数字信号，该信号意味着从微弱的光电流到最终的数字信号转换完成。实施例2：图3出示了本实例提供的带有APD保护的电荷灵敏放大器。针对其工作时序说明如下：在其正常工作时，首先进行复位阶段，然后进入光电流接受阶段，最后进行采样阶段。(d)复位阶段：RSTN信号处于低电平，此时PM0为导通状态，高压节点经过复位，与VDD电压相同。S0为关断状态，此时第一运放的输入输出电压均为Vcm。(e)光电流接受阶段：当经过一段时间的复位，RSTN变为高电平，此时PM0关闭，S0关闭，S1打开，电路进入光电流接受阶段，此时APD流过的电流因为Vhv的节点电荷守恒，其电荷会转移至C1电容上，光电流的变化会引起V0点电压的变化。(f)采样阶段，在后续过程中，信号处理模块会将V0点的电压变化，经过滤波比较，进行输出，得到一个完整的数字信号，该信号意味着从微弱的光电流到最终的数字信号转换完成。本专利技术不局限于上述实施方式，不论其实现形式作任何变化，凡是工作于线性模式下APD探测电路的焦平面阵列中的读出电路，对目标物体进行3D成像，包含高压保护电路的电荷灵敏放大器，采用电压输出为全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于APD阵列的带有高压保护的电荷灵敏放大器，其特征在于：包括探测器接口、高压保护电路、运算放大器、跨接电容、信号处理电路。探测器接口与旁路高压保护相连接，旁路高压保护通过跨接电容与放大器输入和输出相连接，运算放大器输出连接信号处理电路的输入，信号处理电路输出复位信号连接高压管复位端，以及输出检测的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种适用于APD阵列的带有高压保护的电荷灵敏放大器，其特征在于：包括探测器接口、高压保护电路、运算放大器、跨接电容、信号处理电路。探测器接口与旁路高压保护相连接，旁路高压保护通过跨接电容与放大器输入和输出相连接，运算放大器输出连接信号处理电路的输入，信号处理电路输出复位信号连接高压管复位端，以及输出检测的输出信号。2.根据权利要求1所述的带有高压保护的电荷灵敏放大器，其特征在于，所述旁路高压保护电路由一个高压管及其复位控制电路组成。高压管的源端连接电源VDD，高压管的漏端为具备耐高压保护的节点，连接探测器接口。3.根据权利要求1所述的带有高压保护的电荷灵敏放大器，其特征在于，所述可调增益灵敏放大器由多个电容进行隔离。所述电容隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱赫梓，鲁文高，金美岑，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11