SPAD的控制电路、距离感应器模组及移动终端制造技术

本公开是关于一种SPAD的控制电路、距离感应器模组及移动终端，属于半导体光电技术领域。所述控制电路包括：依次串联的分压电阻、SPAD和采样电阻；分压电阻的第一端与电源耦合；分压电阻的第二端与SPAD的阴极耦合；SPAD的阳极与采样电阻的第一端耦合；采样电阻的第二端接地；采样电阻的第一端与控制电路的输出端耦合。本公开通过设置一种SPAD的控制电路，包括分压电阻、SPAD和采样电阻。分压电阻用于分压和限流，实现淬灭作用；采样电阻用来输出脉冲电压作为雪崩信号。该电路控制SPAD两端的反向偏压先小于雪崩击穿电压，中断SPAD的雪崩过程，保护SPAD器件，然后再使得SPAD两端的反向偏压大于雪崩击穿电压，实现对后续光子的探测。

Control circuit, distance sensor module and mobile terminal of SPAD

【技术实现步骤摘要】
SPAD的控制电路、距离感应器模组及移动终端
本公开涉及半导体光电
，特别涉及一种SPAD的控制电路、距离感应器模组及移动终端。
技术介绍
诸如手机之类的移动终端上通常都配备有距离感应器，用于探测终端屏幕与前方障碍物之间的距离。距离感应器包括光发射器和光接收器。在相关技术中，距离感应器的光接收器采用SPAD(SinglePhotonAvalancheDiode，单光子雪崩二极管)。SPAD是工作在盖革模式下的雪崩光电二极管。雪崩光电二极管有线性模式、盖革模式等不同工作模式。在线性模式下，雪崩光电二极管两端反向偏压增大，但仍小于雪崩击穿电压；在盖革模式下，雪崩光电二极管两端方向偏压大于雪崩击穿电压，该模式下反向偏压越高，雪崩电流增长越快，雪崩光电二极管可以在极短时间内对光子进行计数，实现单光子探测，即SPAD。然而，SPAD在盖革模式时，只要SPAD的反向偏压大于雪崩击穿电压，雪崩就会继续，SPAD就无法探测后续光子，且持续的雪崩过程会损坏SPAD器件。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种SPAD的控制电路、距离感应器模组及移动终端。所述技术方案如下：根据本公开实施例的第一方面，提供了一种SPAD的控制电路，所述控制电路包括：依次串联的分压电阻、所述SPAD和采样电阻；所述分压电阻的第一端与电源耦合；所述分压电阻的第二端与所述SPAD的阴极耦合；所述SPAD的阳极与所述采样电阻的第一端耦合；所述采样电阻的第二端接地；所述采样电阻的第一端与所述控制电路的输出端耦合。可选地，所述控制电路包括如下工作阶段：准备阶段、雪崩发生和淬灭阶段、复位阶段；在所述准备阶段中，所述SPAD两端的反向偏压等于所述电源电压，且大于所述SPAD的雪崩击穿电压；所述采样电阻两端的压降为零，所述控制电路的输出端无雪崩信号输出；在所述雪崩发生和淬灭阶段中，光子射入所述SPAD，所述SPAD发生雪崩，所述控制电路中产生雪崩电流，所述控制电路的输出端输出所述雪崩信号；所述分压电阻两端的压降增大，所述SPAD两端的反向偏压减小，当所述SPAD两端的反向偏压小于所述SPAD的雪崩击穿电压时，所述雪崩电流开始淬灭；在所述复位阶段中，所述雪崩电流完全淬灭后，所述控制电路中无所述雪崩电流，所述SPAD两端的反向偏压增大至所述电源电压。可选地，所述SPAD的死时间小于8ps，所述死时间是指所述SPAD无法探测到光子的时间。可选地，所述电源电压大于所述SPAD的雪崩击穿电压。可选地，所述分压电阻的阻值大于100KΩ。可选地，所述采样电阻的阻值小于100Ω。根据本公开实施例的第二方面，提供了一种距离感应器模组，所述距离感应器模组包括如第一方面所述的SPAD的控制电路。根据本公开实施例的第三方面，提供了一种移动终端，所述移动终端包括距离感应器模组，所述距离感应器模组包括如第一方面所述的SAPD的控制电路。本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过设置一种SPAD的控制电路，该控制电路包括依次串联的分压电阻、SPAD和采样电阻。分压电阻的阻值较大，用于分压和限流，使得SPAD发生雪崩后其两端反向偏压能迅速减小，实现淬灭作用；采样电阻阻值较小，用来输出脉冲电压作为雪崩信号。上述控制电路通过控制SPAD两端的反向偏压先小于雪崩击穿电压，中断SPAD的雪崩过程，保护SPAD器件，然后再使得SPAD两端的反向偏压大于雪崩击穿电压，实现对后续光子的探测。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种雪崩光电二极管的伏安特性曲线的示意图；图2是根据一示例性实施例示出的一种SPAD的控制电路的示意图；图3是根据一示例性实施例示出的一种SPAD的控制电路的等效电路的示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。移动终端中设置有距离感应器模组。距离感应器模组是用于测量自身与前方障碍物之间的距离的传感器模组。距离感应器模组包括光发射器和光接收器。光发射器用于发射光线，光接收器用于接收光线。可选地，距离感应器模组中的光发射器为VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，垂直腔面发射激光器)，光接收器为SPAD。雪崩光电二极管根据其偏压、增益大小不同，具有线性模式和盖革模式等不同的工作模式，其中盖革模式由于增益极高，常用作单光子探测，即SPAD。如图1所示，其示出了雪崩光电二极管施加反向偏压时的伏安特性曲线的示意图。在光电二极管模式下，雪崩光电二极管两端施加较小的反向偏压，PN结耗尽层内电场很弱，不足以让光生载流子获得足够能量来与晶格发生碰撞电离，因而没有倍增效果，无光照时，雪崩光电二极管内仅存有很微弱的暗电流；有光照时，雪崩光电二极管存在微弱的原始光电流。在线性模式下，雪崩光电二极管两端的反向偏压增大，但仍然小于雪崩击穿电压，光生载流子受内电场作用与晶格发生碰撞电离，雪崩光电二极管获得较低且稳定的增益(典型值为10-1000)。在盖革模式下，雪崩光电二极管两端的反向偏压大于雪崩击穿电压Vbr，由于内电场极高，光生载流子获得极大的动能，碰撞电离持续发生而引发雪崩倍增效应，此时其增益理论上无穷大，单个光子便可使其达到饱和光电流，该模式反向偏压越高，雪崩电流增长越快，雪崩形成过程几乎是瞬间发生的，其在极短时间内对光子进行计数，雪崩光电二极管的盖革模式下的增益极高，能够实现单光子探测，即SPAD。SPAD盖革模式时，其反向偏压大于雪崩击穿电压，光子射入时就会发生雪崩，雪崩电流达mA量级，只要反向偏压大于雪崩击穿电压，雪崩就会继续，SPAD就无法探测后续光子；另外，由于雪崩击穿是一个自我维持过程，如果不采取抑制措施，雪崩过程会持续到SPAD器件损坏。为了SPAD探测后续光子且使得SPAD器件处于正常状态，必须有一种能良好控制SPAD偏置状态的电路。在本公开提供的技术方案中，通过设置一种SPAD的控制电路，该控制电路包括依次串联的分压电阻、SPAD和采样电阻。分压电阻的阻值较大，用于分压和限流，使得SPAD发生雪崩后其两端反向偏压能迅速减小，实现淬灭作用；采样电阻阻值较小，用来输出脉冲电压作为雪崩信号。上述控制电路通过控制SPAD两端的反向偏压先小于雪崩击穿电压，中断SPAD的雪崩过程，保护SPAD器件，然后再使得SPAD两端的反向偏压大于雪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子雪崩二极管SPAD的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：依次串联的分压电阻、所述SPAD和采样电阻；/n所述分压电阻的第一端与电源耦合；/n所述分压电阻的第二端与所述SPAD的阴极耦合；/n所述SPAD的阳极与所述采样电阻的第一端耦合；/n所述采样电阻的第二端接地；/n所述采样电阻的第一端与所述控制电路的输出端耦合。/n

【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩二极管SPAD的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：依次串联的分压电阻、所述SPAD和采样电阻；
所述分压电阻的第一端与电源耦合；
所述分压电阻的第二端与所述SPAD的阴极耦合；
所述SPAD的阳极与所述采样电阻的第一端耦合；
所述采样电阻的第二端接地；
所述采样电阻的第一端与所述控制电路的输出端耦合。


2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括如下工作阶段：准备阶段、雪崩发生和淬灭阶段、复位阶段；
在所述准备阶段中，所述SPAD两端的反向偏压等于所述电源电压，且大于所述SPAD的雪崩击穿电压；所述采样电阻两端的压降为零，所述控制电路的输出端无雪崩信号输出；
在所述雪崩发生和淬灭阶段中，光子射入所述SPAD，所述SPAD发生雪崩，所述控制电路中产生雪崩电流，所述控制电路的输出端输出所述雪崩信号；所述分压电阻两端的压降增大，所述SPAD两端的反向偏压减小，当所述SPAD两端的反向偏压小于所述SPAD的雪...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朝喜，
申请(专利权)人：北京小米移动软件有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11