一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，具体为：多路单光子雪崩二极管组成探测阵列，每路单光子雪崩二极管之间相互独立，且每路单光子雪崩二极管淬灭电路分别与一路脉冲时间压缩电路连接；每路单光子雪崩二极管经过各自对应的淬灭电路作用产生一路宽脉冲信号，宽脉冲信号再由脉冲时间压缩电路进行脉冲时间压缩，产生一路窄脉冲信号；总线电路将多路经脉冲时间压缩后的窄脉冲信号合并到一路总线上作为一个像素点对外输出。本发明专利技术的方法能有效避免多通道单光子雪崩二极管探测器因每一路死区时间对总线占用时间过长而导致的信号不可分辨、信号漏判误判等问题，同时能提高总线上信号的传输带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法
本专利技术属于半导体光电
，特别是涉及一种单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法。
技术介绍
单光子雪崩二极管作为一种新型的光电探测器，具有高增益高灵敏度等特点，其应用前景非常广阔，包括无人驾驶领域的激光雷达技术、传统二维成像技术、压缩感知成像技术等。然而，在激光雷达领域，单个单光子雪崩二极管作为像素点进行探测时极易受到暗计数、环境光等噪声因素的影响，较为理想的解决方案是采用多个单光子雪崩二极管组成多通道探测器；同样地，在压缩感知成像应用上，多通道探测器需要将各路单光子雪崩二极管探测光子产生的脉冲信号压缩到一条总线上对外输出。单个单光子雪崩二极管产生的脉冲信号具有一定的宽度，其脉宽主要受限于淬灭电路对雪崩击穿的淬灭以及恢复时间，这段时间内单光子雪崩二极管是无法进行光子探测的，称为死区时间。当多路单光子雪崩二极管压缩到一路上输出信号时，较大的死区时间导致每路脉冲信号占用总线的时间过长，容易将多路信号混淆在一起，无法被清晰分辨。目前，普通淬灭电路的死区时间普遍在10ns以上；经特别设计的淬灭电路能进一步降低死区时间，但电路结构会比较复杂，版图面积占比较大，不利于阵列集成。综上，为更好地发挥多通道单光子雪崩二极管探测器的优势，亟需一种脉冲时间压缩方法，将每路单光子雪崩二极管的脉冲信号进行有效宽度压缩后输入到一条总线上，合成一路对外输出。
技术实现思路
本专利技术针对上述多通道单光子雪崩二极管探测的应用需求，提供一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，该方法能将多路单光子雪崩二极管、淬灭电路以及脉冲时间压缩电路有效集成，并通过总线电路将多路压缩后的脉冲信号整合在一路上输出。本专利技术采用的技术方案为：一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，包括单光子雪崩二极管、淬灭电路、脉冲时间压缩电路以及总线电路，其特征在于，多路所述单光子雪崩二极管组成探测阵列，每路单光子雪崩二极管之间相互独立，且每路单光子雪崩二极管淬灭电路分别与一路脉冲时间压缩电路连接；每路单光子雪崩二极管经过各自对应的淬灭电路作用产生一路宽脉冲信号，宽脉冲信号再由脉冲时间压缩电路进行脉冲时间压缩，产生一路窄脉冲信号；所述总线电路将多路经脉冲时间压缩后的窄脉冲信号合并到一路总线上作为一个像素点对外输出。进一步地，所述淬灭电路采用主动淬灭电路、被动淬灭电路或者门控淬灭电路。优选地，所述被动淬灭电路中采用单个NMOS管作为被动淬灭电阻。进一步地，所述脉冲时间压缩电路采用输入信号延时反相后与输入信号本身作“与”处理的电路结构。优选地，所述脉冲时间压缩电路包括延时反相器和“与”逻辑电路，所述延时反相器将输入信号作延时和反相处理，所述“与”逻辑电路将延时反相后的信号与输入信号本身作“与”处理，得到脉冲时间压缩后的窄脉冲信号，所述窄脉冲信号的脉冲时间由所述延时反相器的延时决定。进一步地，所述总线电路采用多级“或”门，将多路窄脉冲信号通过“或”逻辑合并到一条总线上；或者，所述总线电路将每路窄脉冲信号分别输入到一路漏极开路输出门电路的输入端，每路漏极开路输出门电路的漏端全部相连作为总线输出端，所述总线输出端由上拉电阻上拉到电源。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术将多路单光子雪崩二极管合并为一路输出，可克服单路单光子雪崩二极管探测中感光面较小，暗计数等噪声不可分辨等问题。(2)本专利技术将多路脉冲信号进行压缩后合并输出，能有效避免多通道单光子雪崩二极管探测器因每一路死区时间对总线占用时间过长而导致的信号不可分辨、信号漏判误判等问题，提高多路单光子雪崩二极管邻近时间产生的信号的分辨能力，提高总线上信号的传输带宽。(3)被动淬灭电路可以采用单个MOS管作为被动淬灭电阻，其电路结构简单、且版图占用面积较小，便于紧密集成。附图说明图1是本专利技术实施例中一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法电路框架示意图。图2是本专利技术实施例中单路单光子雪崩二极管与淬灭电路结构示意图。图3是本专利技术实施例中一种脉冲时间压缩电路的(a)电路结构与(b)时序示意图。图4是本专利技术实施例中另一种脉冲时间压缩电路的(a)电路结构与(b)时序示意图。图5是本专利技术实施例中一种总线电路结构示意图。图6是本专利技术实施例中另一种总线电路结构示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，图1是整体的电路框架示意图。图例中包括以下核心部分：由多路单光子雪崩二极管102组成阵列101形式，多路单光子雪崩二极管102之间相互独立，每个阵列101对应于一个探测点。单光子雪崩二极管102的具体个数不受限制，阵列101的组成形式也不受限制，如2×2，2×3等，本实施例中采用3×3的阵列形式；多路淬灭电路103，每路淬灭电路分别匹配一路单光子雪崩二极管102，负责各自单光子雪崩二极管102的淬灭与恢复；每路单光子雪崩二极管经过各自对应的淬灭电路作用产生一路宽脉冲信号。淬灭电路103的电路形式可以有多样，比如主动淬灭电路、被动淬灭电路和门控淬灭电路等，为了便于紧密集成，结构简单且版图占用面积较小的被动淬灭电路具有较大的优势，但也不局限于被动淬灭电路；多路脉冲时间压缩电路104，用于压缩各自相应的淬灭电路103输出的脉冲信号，产生一路窄脉冲信号。脉冲时间压缩电路主要功能是将脉冲宽度较长的脉冲信号(如10ns以上脉宽的脉冲信号)压缩成脉冲宽度较短的脉冲信号(如1ns左右脉宽的脉冲信号)，其电路实现形式可以有多种，包括但不限于：输入信号延时反相后与输入信号本身作“与”处理的电路结构，电路结构主要包括了延时反相器和“与”逻辑电路，延时反相器将输入信号作延时和反相处理，“与”逻辑电路将延时反相后的信号与输入信号本身作“与”处理，得到脉冲时间压缩后的窄脉冲信号，窄脉冲信号脉冲时间由延时反相器的延时决定；总线电路105，将多路压缩后的脉冲信号整合到一条总线上，最终实现以单一具有较高带宽总线106作为输出。总线电路105可通过多种电路结构实现，包括但不限于：采用多级“或”门，将所有窄脉冲信号通过“或”逻辑合并到一条总线上；或者，采用多路OD门作“线与”逻辑处理，具体地，将每路窄脉冲信号输入到对应OD门输入端，每路所述OD门漏端全部相连作为总线输出端，所述总线输出端由上拉电阻上拉到电源。图2是本专利技术一个实施例中单路单光子雪崩二极管与淬灭电路结构示意图。本实施例中采用结构最简单、版图面积最小的单个NMOS管203作为被动淬灭电路，NMOS管203的源漏电阻作为淬灭电阻与单光子雪崩二极管202串联，NMOS管203的栅极作为输入端201用于接收输入电压Vq，并通过不同Vq值调节源漏电阻的阻值，即被动淬灭电阻的阻值。单光子雪崩二极管202的阳极接淬灭电阻并同时作为输出端204对外输出信号，阴极接一个Vhv的高压，该电压值大于单光子雪崩二极管的雪崩击穿点。虽然被动淬灭电路需要较长的恢复时间，导致死区时间较长，但由于后续脉冲时间压缩电路的引入，较长的死区时间是可以容忍的；相反，其简单的电路结构反而成了一大优势，可以减小版图面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，包括单光子雪崩二极管、淬灭电路、脉冲时间压缩电路以及总线电路，其特征在于，多路所述单光子雪崩二极管组成探测阵列，每路单光子雪崩二极管之间相互独立，且每路单光子雪崩二极管淬灭电路分别与一路脉冲时间压缩电路连接；每路单光子雪崩二极管经过各自对应的淬灭电路作用产生一路宽脉冲信号，宽脉冲信号再由脉冲时间压缩电路进行脉冲时间压缩，产生一路窄脉冲信号；所述总线电路将多路经脉冲时间压缩后的窄脉冲信号合并到一路总线上作为一个像素点对外输出。

【技术特征摘要】
1.一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，包括单光子雪崩二极管、淬灭电路、脉冲时间压缩电路以及总线电路，其特征在于，多路所述单光子雪崩二极管组成探测阵列，每路单光子雪崩二极管之间相互独立，且每路单光子雪崩二极管淬灭电路分别与一路脉冲时间压缩电路连接；每路单光子雪崩二极管经过各自对应的淬灭电路作用产生一路宽脉冲信号，宽脉冲信号再由脉冲时间压缩电路进行脉冲时间压缩，产生一路窄脉冲信号；所述总线电路将多路经脉冲时间压缩后的窄脉冲信号合并到一路总线上作为一个像素点对外输出。2.根据权利要求1所述的一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，其特征在于，所述淬灭电路采用主动淬灭电路、被动淬灭电路或者门控淬灭电路。3.根据权利要求2所述的一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法，其特征在于，所述被动淬灭电路中采用单个NMOS管作为被动淬灭电阻。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫锋，毛成，孔祥顺，张丽敏，卜晓峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32