雪崩二极管装置和控制雪崩二极管装置的方法制造方法及图纸

一种雪崩二极管装置，包括：雪崩二极管(11)，其耦合到第一电压端子(14)和第一节点(15)；锁存比较器(12)，具有连接到所述第一节点(15)的第一输入(16)、用于接收参考电压(VREF)的第二输入(17)和用于接收比较器使能信号(CLK)的使能输入(21)；以及猝熄电路(13)，其连接到所述第一节点(15)。

Avalanche diode device and method of controlling avalanche diode device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雪崩二极管装置和控制雪崩二极管装置的方法本专利申请涉及一种雪崩二极管装置和用于控制雪崩二极管装置的方法。雪崩二极管是高度敏感的光学器件。通常，雪崩二极管实现为单光子雪崩二极管，缩写为SPAD。SPAD能够用于检测光子撞击光学器件时的时刻。SPAD能够在称为Geiger的模式下工作。在Geiger的模式下SPAD以高于雪崩二极管的击穿电压的偏置电压反向偏置。当光子撞击SPAD时，由于非常高的电场，产生电子空穴对和非常高且短的电流脉冲。SPAD的性能取决于偏置电压比击穿电压高多少。SPAD的偏置电压VHV能够表示为VHV＝VBD+VEX，其中VHV是雪崩二极管的偏置电压值，VBD是雪崩二极管的击穿电压值，VEX是过偏置电压值。本专利申请的目的是提出一种雪崩二极管装置和用于控制雪崩二极管装置的方法，该方法能够控制过偏置电压。该目的将通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中定义了进一步的实施例和改进。在实施例中，雪崩二极管装置包括雪崩二极管、锁存比较器和猝熄电路。雪崩二极管耦合到第一电压端子和第一节点。锁存比较器具有耦合到第一节点的第一输入、用于接收参考电压的第二输入和用于接收比较器使能信号的使能输入。猝熄电路耦合到第一节点。有利地，当光子撞击雪崩二极管时，能够在第一节点处分接过偏置电压。能够通过锁存比较器将过偏置电压和参考电压进行比较。在没有光子撞击雪崩二极管的情况下，在第一节点处分接的节点电压非常低，并且因此低于参考电压。有利地，能够通过比较器使能信号将锁存比较器设置为激活的。因此，锁存比较器仅在需要比较锁存比较器的第一输入和第二输入处的电压期间进行操作，即，在光子引起电流流入雪崩二极管不久之后。因此，在大部分时间期间，通过比较器使能信号将锁存比较器设置为空闲状态，能够将雪崩二极管装置的功耗保持为较低。在实施例中，雪崩二极管连接到第一电压端子和第一节点。锁存比较器的第一输入连接到第一节点。猝熄电路连接到第一节点。雪崩二极管具有连接到第一节点的阳极和连接到第一电压端子的阴极。雪崩二极管实现为单光子雪崩二极管，缩写为SPAD。在实施例中，雪崩二极管装置包括数字控制电路，该数字控制电路具有耦合到第一节点的节点输入和耦合到锁存比较器的使能输入的使能输出。数字控制电路的节点输入可以连接到第一节点。数字控制电路的使能输出可以连接到锁存比较器的使能输入。在实施例中，数字控制电路根据第一节点处分接的节点电压产生比较器使能信号。有利地，能够通过数字控制电路将锁存比较器设置为激活的和非激活的。因此，在大部分时间期间，通过将锁存比较器设置为空闲状态，能够将雪崩二极管装置的功耗保持为较低。在有很多光的情况下，第一节点处的节点电压具有较高的值，该较高的值高于提供给锁存比较器的参考电压。通过将数字控制电路连接到锁存比较器的使能输入，实现在很多光的情况下锁存器不执行比较。在另外的改进中，数字控制电路包括反相器，所述反相器具有耦合到节点输入的输入和耦合到使能输入的输出。反相器的输入可以连接到节点输入。反相器可以检测光子事件。当光子撞击雪崩二极管时，第一个节点处的节点电压上升，并且一旦节点电压变得高于反相器的阈值电压，反相器输出处的信号就会改变其逻辑值。在实施例中，数字控制电路包括触发器，所述触发器具有耦合到反相器的输入和耦合到使能输出的输出。触发器的输出可以连接到使能输出。在实施例中，雪崩二极管装置包括分压器，所述分压器将第一节点耦合到第二电压端子，其中分压器的分压器抽头耦合到锁存比较器的第一输入。分压器的分压器抽头可以连接到锁存比较器的第一输入。有利地，将从节点电压导出的电压施加到锁存比较器的第一输入。有利地，通过分压器减小在触发事件的情况下提供给锁存比较器的电压。在实施例中，雪崩二极管装置包括带隙电路，所述带隙电路耦合到锁存比较器的第二输入。因此，带隙电路产生参考电压。带隙电路也可以连接到与雪崩二极管装置一起集成在半导体主体上的其他电路部件。在实施例中，锁存比较器在比较器使能信号的第一逻辑值的情况下根据锁存比较器的第一输入和第二输入处的电压的比较产生比较器输出信号，而在比较器使能信号的第二逻辑值的情况下产生具有恒定值的比较器输出信号。当锁存器发生器被使能并且第一输入处的电压低于参考电压时，该恒定值可以与锁存比较器产生的值相同。通常，常数值可以是逻辑值0，用0伏表示。比较器使能信号可以具有脉冲形式。在脉冲期间，比较器使能信号具有第一逻辑值。在脉冲之外，比较器使能信号具有第二逻辑值。在实施例中，锁存比较器包括：第一输入晶体管，所述第一输入晶体管具有耦合到或连接到锁存比较器的第一输入的控制端子，第二输入晶体管，所述第二输入晶体管具有耦合到或连接到锁存比较器的第二输入的控制端子。锁存比较器包括电流源晶体管，所述电流源晶体管具有耦合到或连接到锁存比较器的使能输入的控制端子，并且具有耦合到或连接到第一输入晶体管的第一端子和第二输入晶体管的第一端子的第一端子。当具有第二逻辑值的比较器使能信号将电流源晶体管设置为非导通状态时，没有电流可以流过锁存比较器，从而降低雪崩二极管装置的功耗。在实施例中，锁存比较器包括第一控制晶体管，所述第一控制晶体管具有耦合到或连接到锁存比较器的使能输入的控制端子和耦合到或连接到锁存比较器的比较器输出的第一端子。由锁存比较器在比较器输出处提供比较器输出信号。第一控制晶体管的第二端子可以连接到电源电压端子。能够在电源电压端子处分接电源电压。当具有第二逻辑值的比较器使能信号将第一控制晶体管设置为导通状态时，第一控制晶体管可以将电源电压提供给比较器输出。雪崩二极管装置可以包括耦合到第一电压端子的偏置电压发生器。偏置电压发生器可以连接到第一电压端子。偏置电压发生器可以产生偏置电压，所述偏置电压施加到第一电压端子。偏置电压发生器能够以不同形式实现，如电荷泵、DC-DC转换器、AC-DC转换器等。雪崩二极管装置可以包括控制电路，所述控制电路具有耦合到或连接到比较器输出的第一输入和耦合到或连接到偏置电压发生器的控制输入的控制输出。在实施例中，偏置电压发生器和控制电路配置为在锁存比较器的比较器输出信号指示锁存比较器的第一输入处的电压小于参考电压的情况下，增加偏置电压。在实施例中，雪崩二极管装置包括数字单元电路，该数字单元电路具有耦合到比较器输出的第一输入和第一输出，该第一输出用于提供耦合到控制电路的第一输入的第一输出信号。数字单元电路根据比较器输出信号产生第一输出信号。偏置电压发生器和控制电路配置为在数字单元电路的输出信号指示锁存比较器的第一输入处的电压小于参考电压的情况下，增加偏置电压。猝熄电路可以包括猝熄电阻器，所述猝熄电阻器耦合到或连接到第一节点和第二电压端子。猝熄电路可以可选地包括猝熄开关，所述猝熄开关将猝熄电阻器耦合到第一节点或将猝熄电阻器耦合到第二电压端子。猝熄电路可以包括复位电阻器和复位开关的串联电路。所述串联电路耦合到或连接到第一节点和第二电压端子。雪崩二极管装置实现为过电压监视电路。...

【技术保护点】
1.一种雪崩二极管装置，包括：/n雪崩二极管(11)，其具有连接到第一节点(15)的阳极和连接到第一电压端子(14)的阴极，/n锁存比较器(12)，其具有连接到所述第一节点(15)的第一输入(16)，用于接收参考电压(VREF)的第二输入(17)和用于接收比较器使能信号(CLK)的使能输入(21)，以及/n猝熄电路(13)，其连接到所述第一节点(15)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 EP 17177640.41.一种雪崩二极管装置，包括：
雪崩二极管(11)，其具有连接到第一节点(15)的阳极和连接到第一电压端子(14)的阴极，
锁存比较器(12)，其具有连接到所述第一节点(15)的第一输入(16)，用于接收参考电压(VREF)的第二输入(17)和用于接收比较器使能信号(CLK)的使能输入(21)，以及
猝熄电路(13)，其连接到所述第一节点(15)。


2.根据权利要求1所述的雪崩二极管装置，
包括数字控制电路(18)，所述数字控制电路具有：
节点输入(19)，其连接到所述第一节点(15)，以及
使能输出(20)，其连接到所述锁存比较器(12)的使能输入(21)。


3.根据权利要求2所述的雪崩二极管装置，
其中，所述数字控制电路(18)配置为根据所述第一节点(15)处分接的节点电压(VAN)来产生所述比较器使能信号(CLK)。


4.根据权利要求2或3所述的雪崩二极管装置，
其中，所述数字控制电路(18)包括反相器(90)，所述反相器的输入耦合到所述节点输入(19)，并且其输出耦合到所述使能输出(20)。


5.根据权利要求4所述的雪崩二极管装置，
其中，所述数字控制电路(18)包括触发器(92)，所述触发器的输入耦合到所述反相器(90)的输出，并且其输出耦合到所述使能输出(20)。


6.根据权利要求1至5之一所述的雪崩二极管装置，
包括分压器(40)，所述分压器将所述第一节点(15)耦合到第二电压端子(38)，其中，所述分压器(40)的分压器抽头(41)耦合到所述锁存比较器(12)的第一输入(16)。


7.根据权利要求1至6之一所述的雪崩二极管装置，
其中，所述锁存比较器(12)配置为在所述比较器使能信号(CLK)的第一逻辑值的情况下根据所述锁存比较器(12)的第一输入和第二输入(16、17)处的电压的比较来产生比较器输出信号(SCO)，并且在所述比较器使能信号(CLK)的第二逻辑值的情况下产生具有恒定值的比较器输出信号(SCO)。


8.根据权利要求1至7之一所述的雪崩二极管装置，
其中，所述锁存比较器(12)包括
-第一输入晶体管(71)，其控制端子耦合到所述锁存比较器(12)的第一输入(16)，
-第二输入晶体管(72)，其控制端子耦合到所述锁存比较器(12)的第二输入(17)，以及
-电流源晶体管(70)，其控制端子耦合到所述锁存比较器(12)的使能输入(21)，并且其第一端子耦合到所述第一输入晶体管(71)的第一端子和所述第二输入晶体管(72)的第一端子。


9.根据权利要求1至8之一所述的雪崩二极管装置，
其中，所述锁存比较器(12)包括第一控制晶体管(82)，所述第一控制晶体管的控制端子耦合到所述锁存比较器(12)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：内纳德·利利奇，罗伯特·卡佩尔，格奥尔格·勒雷尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT