一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，包括：公共电流偏置模块，与阵列SPAD中的SPAD像素单元数量对应的若干单像素电路，其中每个单像素电路均包括电流监测模块和主动淬灭模块；所述电流监测模块由运算放大器及电流镜构成，主动淬灭模块，由比较器和淬灭管构成，用于根据电流监测模块的输出电压信号触发工作，控制淬灭管产生雪崩淬灭信号；所述电流监测模块由运算放大器OPi、由PMOS管M4_i和PMOS管M5_i构成的共源共栅电流镜、由NMOS管Mi_L和NMOS管Mi_R构成的电流镜组成。本发明专利技术采用电流模的控制方法自适应控制SPAD的反偏电压，抑制阵列SPAD的增益非均匀性问题，同时克服了传统电压模方式电路复杂的缺点，减少了面积和功耗。

A Gain Uniformity Adaptive Control Circuit for Current Mode Array SPAD

The invention discloses an adaptive control circuit for gain uniformity of current mode array SPAD, which includes a common current bias module, several single-pixel circuits corresponding to the number of SPAD pixel units in array SPAD, each of which includes a current monitoring module and an active quenching module. The active quenching module is composed of an operational amplifier and a current mirror. It is composed of a comparator and a quenching tube. It is used to trigger the operation according to the output voltage signal of the current monitoring module and control the quenching tube to generate avalanche quenching signal. The current monitoring module consists of an operational amplifier OPi, a common source cascade composed of PMOS M4_i and a PMOS M5_i. The current mirror consists of a NMOS tube Mi_L and a NMOS tube Mi_R. The current mode control method adaptively controls the reverse bias voltage of SPAD, restrains the nonuniformity of gain of array SPAD, overcomes the complex shortcomings of traditional voltage mode circuit, and reduces the area and power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路
本专利技术涉及一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，属于单光子探测的

技术介绍
雪崩光电二极管(APD)具有重量小、功耗低、量子效率高、对磁场和辐射不敏感、便于集成等优点，工作在盖革模式下的高性能APD具备单光子探测能力，被称为单光子雪崩光电二极管(SPAD)。因此基于APD的单光子探测系统成为重要研究方向，可用于激光雷达三维成像、环境探测、国防安全、医疗检测等相关领域。目前，单光子探测器正在向集成化、微型化、阵列化的方向发展，尤其是随着阵列式探测应用的规模不断扩展，对探测器的均匀性提出了更高的要求。对于阵列SPAD，由于工艺离散性的影响，很难保证探测器性能参数的均匀一致性，使得在相同的反向偏压条件下，因SPAD反向击穿电压的不同，各个SPAD过驱动电压分布并不均匀，导致SPAD雪崩电流的离散变化，即阵列SPAD在相同反偏电压条件下增益存在差异。对于增益较低的SPAD像素单元，其雪崩电流感应的电压脉冲难以和噪声电压有效区分而无法检测，给阵列SPAD探测带来较大的误差。因此在阵列应用中需要解决阵列SPAD增益非一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，其特征在于，包括：公共电流偏置模块，由恒流源和电流镜电路构成，用于通过电流镜电路为阵列SPAD的各个SPAD像素单元提供相同的恒流源电流；与阵列SPAD中的SPAD像素单元数量对应的若干单像素电路，其中每个单像素电路均包括电流监测模块和主动淬灭模块；所述电流监测模块由运算放大器及电流镜构成，用于检测阵列SPAD中SPAD像素单元的工作状态，并产生不同的电压信号对SPAD像素单元进行增益自适应控制，同时将输出电压信号作为主动淬灭模块的输入信号；所述主动淬灭模块，由比较器和淬灭管构成，用于根据电流监测模块的输出电压信号触发工作，控制淬灭管产生雪...

【技术特征摘要】
1.一种电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，其特征在于，包括：公共电流偏置模块，由恒流源和电流镜电路构成，用于通过电流镜电路为阵列SPAD的各个SPAD像素单元提供相同的恒流源电流；与阵列SPAD中的SPAD像素单元数量对应的若干单像素电路，其中每个单像素电路均包括电流监测模块和主动淬灭模块；所述电流监测模块由运算放大器及电流镜构成，用于检测阵列SPAD中SPAD像素单元的工作状态，并产生不同的电压信号对SPAD像素单元进行增益自适应控制，同时将输出电压信号作为主动淬灭模块的输入信号；所述主动淬灭模块，由比较器和淬灭管构成，用于根据电流监测模块的输出电压信号触发工作，控制淬灭管产生雪崩淬灭信号；其中，所述电流监测模块由运算放大器及电流镜构成，具体为：由运算放大器OPi、由PMOS管M4_i和PMOS管M5_i构成的共源共栅电流镜、由NMOS管Mi_L和NMOS管Mi_R构成的电流镜组成，所述PMOS管M4_i的栅极、PMOS管M5_i的栅极分别短接至公共电流偏置模块，及PMOS管M4_i的源极连接电源VDD且PMOS管M4_i的漏极连接PMOS管M5_i的源极；所述NMOS管Mi_L和NMOS管Mi_R的栅极短接，及NMOS管Mi_L的漏极连接PMOS管M5_i的漏极，NMOS管Mi_R的漏极连接SPAD的阳极且NMOS管Mi_L和NMOS管Mi_R的源极接地；所述运算放大器OPi的同相输入端和反相输入端分别连接NMOS管Mi_L的漏极和SPAD的阳极，且运算放大器OPi的输出端同时连接至NMOS管Mi_L和Mi_R的栅极；将SPAD的阳极作为电流监测模块的输出端。2.根据权利要求1所述电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，其特征在于：所述公共电流偏置模块由恒流源和电流镜电路构成，具体为：由恒流源IDC、NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M6、PMOS管M3、PMOS管M4和PMOS管M5构成，其中恒流源IDC连接NMOS管M1的漏极，NMOS管M1栅漏极短接同时接NMOS管M2的栅极；所述NMOS管M2的漏极连接PMOS管M3的漏极，及PMOS管M3的栅漏极短接同时连接PMOS管M5的栅极；所述PMOS管M5的源极连接PMOS管M4的漏极，且PMOS管M4的栅极连接PMOS管M5的漏极；所述NMOS管M6的漏极连接PMOS管M5的漏极；所述NMOS管M1、M2、M6的源极均接地，及PMOS管M3、PMOS管M4的源极均连接电源VDD。3.根据权利要求1所述电流模式阵列SPAD增益均匀性自适应控制电路，其特征在于：所述主动淬灭模块由比较器和PMOS淬灭管Mq_i构成，具体为：比较器cmpi的输入端连接电流监测模块，及比较器cmpi的输出端接PMOS淬灭管Mq_i的栅极，且PMOS淬灭管Mq_i的源极接电源VDD及其漏极连接至...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽霞，钱智明，张广超，颜伟军，吴金，孙伟锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32