光学模数转换器及方法技术

一种光学模数转换器及方法，光学模数转换器具有：用于发射光子(9)的光源(2)；用于接收模拟输入信号(8)并用于基于模拟输入信号(8)驱动光源(2)的驱动器(3)；用于检测由光源(2)提供的光子(9)的单光子雪崩二极管的阵列(4)；以及耦接至单光子雪崩二极管的阵列(4)的控制件(10)，控制件在预定时间间隔(t1，…，t12)内激活单光子雪崩二极管的阵列(4)以使得单光子雪崩二极管的阵列(4)在预定时间间隔(t1，…，t12)内检测由光源(2)提供的光子(9)；并确定单光子雪崩二极管的阵列(4)中在预定时间间隔(t1，…，t12)内检测到光子(9)的单光子雪崩二极管的数量(n1，…，n12)。

Optical analog-to-digital converter and its method

【技术实现步骤摘要】
光学模数转换器及方法本申请是申请号为201510104680.6的中国专利申请的分案申请。
本专利技术总体涉及一种光学模数转换器以及用于将模拟输入信号光学转换为数字输出信号的方法。
技术介绍
一般来说，模数转换器将模拟输入信号转换为数字输出信号是众所周知的。已知的模数转换器被构建为具有比较器阵列的Flash转换器，所述比较器阵列同时比较模拟输入信号与阈值阵列并输出比特串。所述比特串可以通过编码器电路编码成“编号”，由此获得数字输出信号。分辨率，即，位深，可以通过增加比较器的数量而增加。这类模数转换器的速度基本上取决于所使用的比较器的速度。为了增加速度和分辨率，众所周知，并行实现这些模数Flash转换器，交织获取过程并使用快速的模拟取样保持电路以便比单模数转换器的情况更快地对模拟输入信号进行取样。对于这些并行模数转换器的实现，每秒2千兆采样的12比特的性能是已知的。虽然存在模数转换器，但改善模拟信号与数字信号以及各个模数转换器的转换通常是可取的。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供了一种光学模数转换器。所述光学模数转换器包括：被配置为发射光子的光源；被配置为接收模拟输入信号并基于所述模拟输入信号驱动所述光源的驱动器；被配置为检测由所述光源提供的光子的单光子雪崩二极管的阵列；以及耦接至单光子雪崩二极管的阵列的控制件。所述控制件被配置为：在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的所述阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子；并确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。根据第二方面，本专利技术提供了一种用于将模拟输入信号光学转换为数字输出信号的方法。所述方法包括：接收模拟输入信号；基于所接收的模拟输入信号驱动被配置为发射光子的光源；在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子；以及确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。在从属权利要求，以下描述和附图中陈述进一步的方面。附图说明实施例通过实例的方式针对附图进行阐述，其中：图1示意性地示出了光学模数转换器；图2示意性地示出了模数转换；并且图3示出了用于将模拟输入信号光学转换为数字输出信号的方法的流程图。具体实施方式在参照图1详细描述实施例之前，做出一般阐述。一种光学模数转换器包括：被配置为发射光子的光源；被配置为接收模拟输入信号并基于所述模拟输入信号驱动所述光源的驱动器；被配置为检测由所述光源提供的光子的单光子雪崩二极管的阵列；以及耦接至单光子雪崩二极管的阵列的控制件。所述控制件被配置为：在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的所述阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子。所述控制件还被配置为确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。可以直接或间接确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。对于直接确定而言，例如，可以统计单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。对于间接确定而言，例如，可以统计单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内没有检测到光子的单光子雪崩二极管的数量，并且从单光子雪崩二极管的所述阵列中包括的单光子雪崩二极管的总数中减去单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内没有检测到光子的单光子雪崩二极管的数量，从而可以得出单光子雪崩二极管的所述阵列中在预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。光源例如可以包括发光灯丝，发光二极管(下文也称为“LED”)，激光二极管，荧光灯或其他光单元。所述光源可以是高速光源，例如高速发光二极管或激光二极管并且可以被配置为发射特定波长或在波长的特定范围内的光子，其例如可以适应于单光子雪崩二极管的灵敏度。在一些实施例中对所述光源进行调谐。驱动器可以被配置为接收(电)模拟输入信号并基于所述模拟输入信号驱动所述光源。例如，所述光源的强度可以取决于模拟输入信号，例如取决于模拟输入信号的水平。例如，模拟输入信号的较低电压水平导致光源的强度较低并且模拟输入信号的较高电压水平导致光源的强度较高。光源的强度越高，在预定时间间隔内发射的光子就越多。因此，在一些实施例中，模拟输入信号的电压水平与光源的强度，即，在预定时间间隔内发射的光子的数量成比例或不成比例。在一些实施例中，这意味着强度随模拟输入信号的水平线性增加，同时在其他实施例中，强度二次方地、指数地或以其他方式增加。同样，从强度(基本上)线性增加直到达到阈值并在超过阈值时强度以非线性的方式等增加的意义上来说，可能存在混合。单光子雪崩二极管的所述阵列包括多个单光子雪崩二极管(下文也称为“SPAD”)。SPAD可以是固态光电检测器(基于半导体)，其中光生载流子由于碰撞电离机制而可以触发雪崩电流。在一些实施例中，SPAD可以检测低强度信号，如可以检测单光子并且每个SPAD可以输出所检测到的光子的到达时间一样。SPAD可以输出通常抖动几十皮秒检测到的光子的到达时间。SPAD类似地针对雪崩光电二极管利用反向偏置p-n结的雪崩电流。SPAD可以具体地设计为利用大于击穿电压的反向偏置电压进行操作，同样就像盖革计数器的情况一样。该操作模式因此被称为与盖革计数器相似的“盖革模式”。因为SPAD和SPAD阵列通常为本领域技术人员所知，因此下文省略了其更详细的描述。SPAD的阵列(下文也称为“SPAD阵列”)可以包括至少两个SPAD，但其还可以包括两个以上，例如2乘2(即，4)，4乘4(即16)，2乘4(即8)，或任何其他数量的SPAD。所述SPAD可以按行和列排列在SPAD阵列中，其中，所述行可以水平排列并且所述列可以垂直排列。SPAD阵列定位成与所述光源相距预定义距离，其中，所述距离可以经固定使得从所述光源发射的光子传播恒定距离到达SPAD阵列的单SPAD。SPAD阵列可以具有平面形状并且可以经排列使得其相对于地面垂直，如果本专利技术局限于垂直排列的话。所述光源可以具有比SPAD阵列的直径大(很多)的直径，使得从所述光源发射的所有光子基本上都以平行方式到达SPAD阵列并使得所有光子在光源和SPAD阵列之间基本上传播相同距离。每个SPAD在检测到光子时都输出检测信号。检测信号可以包括时间值，但其还可以只包括指示(一个或多个)光子由各个SPAD检测到的二进制值。在一些实施例中，SPAD阵列还可以包括指示检测到光子的特定SPAD的数字或坐标。光学模数转换器包括耦接至单光子雪崩二极管的阵列的控制件。在下文中，对所述控制件的功能进行描述。然而，以下描述完全适用于涉及一种用于将模拟输入信号光学转换为数字输出信号(例如，利用本文中描述的光学模数转换器)的方法的实施例。所述控制件可以包括处理器，微处理器，CPU等并且其还可以包括其他单元，所述单元在下文中同样参照图1进行阐述。SPAD阵列可以通过单一数据线耦接至控制件，单SPAD的所有检测信号都可以通过所述单一数据线传输至所述控制件。或者，SPAD阵列的所有SPAD都可以利用自己的数据线耦接至所述控制件。在其他实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学模数转换器，包括：光源，被配置为发射光子；驱动器，被配置为接收模拟输入信号并基于所述模拟输入信号驱动所述光源；单光子雪崩二极管的阵列，被配置为检测由所述光源提供的所述光子；以及控制件，耦接至单光子雪崩二极管的所述阵列，所述控制件被配置为：在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的所述阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在所述预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子；并且确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在所述预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。

【技术特征摘要】
2014.03.11 EP 14158892.11.一种光学模数转换器，包括：光源，被配置为发射光子；驱动器，被配置为接收模拟输入信号并基于所述模拟输入信号驱动所述光源；单光子雪崩二极管的阵列，被配置为检测由所述光源提供的所述光子；以及控制件，耦接至单光子雪崩二极管的所述阵列，所述控制件被配置为：在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的所述阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在所述预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子；并且确定单光子雪崩二极管的所述阵列中在所述预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。2.如权利要求1所述的光学模数转换器，其中，所述控制件进一步被配置为基于所确定的单光子雪崩二极管的所述阵列中在所述预定时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量来输出数字信号。3.如权利要求2所述的光学模数转换器，其中，所述控制件进一步被配置为校正所输出的数字信号。4.如权利要求1所述的光学模数转换器，其中，所述光源包括发光二极管和激光二极管中的至少一个。5.如权利要求1所述的光学模数转换器，其中，所述控制件被配置为激活单光子雪崩二极管的所述阵列中单光子雪崩二极管的第一子集并同时确定单光子雪崩二极管的所述阵列中单光子雪崩二极管的第二子集中在先前时间间隔内检测到光子的单光子雪崩二极管的数量。6.如权利要求1所述的光学模数转换器，其中，所述驱动器被配置为基于所述模拟输入信号来驱动所述光源的强度。7.如权利要求6所述的光学模数转换器，其中，所述驱动器被配置为将所述光源的驱动范围适配为所述模拟输入信号的电压范围。8.如权利要求7所述的光学模数转换器，其中，所述光源的最大强度水平被适配为所述模拟输入信号的最大水平。9.如权利要求1所述的光学模数转换器，其中，所述控制件进一步被配置为定期地：在预定时间间隔内激活单光子雪崩二极管的所述阵列以使得单光子雪崩二极管的所述阵列在所述预定时间间隔内检测由所述光源提供的光子；...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮尔乔治·萨托，卡劳斯·齐默尔曼，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP