电子器件以及关断电路制造技术

本公开的实施例涉及电子器件和关断电路。一种电子器件，其特征在于，包括：像素，包括：单光子雪崩二极管SPAD，具有耦合到高电压节点的阴极和通过使能电路选择性地耦合到接地的阳极；以及钳位二极管，具有耦合到SPAD的阳极的阳极和耦合到关断电压节点的阴极；以及关断电路，包括：感测电路，耦合在关断电压节点与接地之间，并且被配置为生成反馈电压；以及调节电路，被配置为基于反馈电压将电流从关断电压节点吸收到接地，使得关断电压节点处的电压大致保持恒定。利用本公开的实施例有利地消耗较少的面积和较少的功率，从而提高效率。从而提高效率。从而提高效率。

【技术实现步骤摘要】
电子器件以及关断电路


[0001]本公开涉及一种用于线性调节用于单光子雪崩二极管SPAD的关断电压的电路。

技术介绍

[0002]单光子雪崩二极管(SPAD)光电探测器基于在超过击穿电压的电压处被反向偏置的PN结。当光生载流子(通过内部光电效应)被注入到PN结的耗尽区中时，自维持雪崩随之发生，并且作为该雪崩的结果的电流输出的检测可以用于指示生成该载流子的光子的检测。
[0003]图1中示出了示例性的现有技术SPAD像素1。像素11包括SPAD D1，其阴极通过猝熄电阻Rq耦合到高压电源VHV，并且其阳极耦合到n沟道晶体管T1的漏极。晶体管T1的源极又耦合到n沟道晶体管T2的漏极，晶体管T2的漏极耦合到接地。晶体管T1由具有固定电压的第一控制信号Ctrl1偏置，而晶体管T2由开关控制信号Ctrl2偏置。钳位二极管D2的阳极耦合到SPAD D1的阳极，其阴极耦合到SPAD D1的关断电压，标为VSPADOFF。
[0004]当控制信号Ctrl2变高时，其接通，将SPADD1的阳极连接到接地，将SPAD D1的反向偏置电压设置为高于击穿电压，同时钳位二极管D2将SPAD D1的阳极从VSPADOFF电压断开连接。当进入的光子撞击SPAD D1时，其阴极电压将在高电压和低电压之间摆动，从而生成由检测模块2检测的电流脉冲。雪崩由猝熄电阻Rq猝熄，从而复位SPAD D1以用于下一次检测。控制信号Ctrl1是固定电压的目的是偏置晶体管T1，使得它在雪崩期间限制到晶体管T2的电流涌入，从而保护T2免受损坏。
[0005]在这种像素中可以使用多种不同类型的SPAD。对于一些SPAD类型，诸如完全耗尽的SPAD，当期望保持SPAD截止(例如，其中控制信号Ctrl2被设置为使得晶体管T2截止)时遇到困难，因为为了保持SPAD截止，阳极电压将保持在大约5至7伏。这是足够高的，以致它将损坏晶体管T1和T2。
[0006]因此，需要进一步开发用于在需要时保持像素的这种SPAD关闭的技术。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供一种电子器件以及一种用于单光子雪崩二极管SPAD像素的关断电路。
[0008]本公开的一方面提供了一种电子器件，包括：像素，包括：单光子雪崩二极管SPAD，具有耦合到高电压节点的阴极和通过使能电路选择性地耦合到接地的阳极；以及钳位二极管，具有耦合到所述SPAD的阳极的阳极和耦合到关断电压节点的阴极；以及关断电路，包括：感测电路，耦合在所述关断电压节点与接地之间，并且被配置为生成反馈电压；以及调节电路，被配置为基于所述反馈电压将电流从所述关断电压节点吸收到接地，使得所述关断电压节点处的电压大致保持恒定。
[0009]根据一个或多个实施例，其中当所述SPAD的阳极通过所述使能电路与接地断开连接并且暴露于光时所述SPAD生成光电流，所述光电流从所述SPAD的阳极通过所述钳位二极
管流向所述关断电压节点，并且所述光电流通过所述感测电路流向接地；以及其中由所述调节电路从所述关断电压节点吸收的电流量与流过所述感测电路的光电流的量成比例。
[0010]根据一个或多个实施例，其中所述调节电路包括：放大器，具有耦合到参考电压的第一输入和被耦合以接收所述反馈电压的第二输入；以及晶体管，具有耦合到所述放大器的输出的栅极，耦合到所述关断电压节点的第一传导端子，以及耦合到接地的第二传导端子。
[0011]根据一个或多个实施例，其中所述放大器的所述第一输入是反相输入，并且所述参考电压是带隙电压，并且其中所述放大器的所述第二输入是非反相输入，并且所述第二输入被耦合以接收所述反馈电压。
[0012]根据一个或多个实施例，其中所述晶体管包括n沟道晶体管，所述n沟道晶体管具有耦合到所述关断电压节点的漏极，耦合到接地的源极，以及耦合到所述放大器的所述输出的栅极。
[0013]根据一个或多个实施例，其中所述感测电路包括耦合在所述关断电压节点与接地之间的电阻分压器，其中所述反馈电压在所述电阻分压器的抽头节点处被生成。
[0014]根据一个或多个实施例，电子器件进一步包括附加二极管，所述附加二极管具有耦合到电源电压的阳极和耦合到所述关断电压节点的阴极。
[0015]根据一个或多个实施例，其中所述SPAD是使用三维布局形成的全耗尽SPAD。
[0016]根据一个或多个实施例，其中所述SPAD的所述阴极通过猝熄电阻耦合到所述高电压节点。
[0017]根据一个或多个实施例，其中所述像素进一步包括通过去耦电容器耦合到所述SPAD的所述阴极的读出电路。
[0018]本公开的另一方面提供了一种关断电路，用于单光子雪崩二极管SPAD像素，所述关断电路包括：关断电压节点，当所述SPAD像素处于非雪崩使用模式时，所述关断电压节点从所述SPAD像素接收光电流；以及调节电路，被配置为从所述关断电压节点吸收与所述光电流成比例的电流，使得所述关断电压节点处的电压保持大致恒定而与所述光电流的值无关。
[0019]根据一个或多个实施例，关断电路还包括：感测电路，耦合在所述关断电压节点与接地之间，所述感测电路被配置为基于通过所述感测电路流到接地的电流来生成反馈电压；并且其中所述调节电路基于所述反馈电压吸收来自所述关断电压节点的所述电流。
[0020]根据一个或多个实施例，其中所述调节电路包括：放大器，具有耦合到参考电压的第一输入和耦合到所述反馈电压的第二输入；以及晶体管，具有耦合到所述放大器的输出的栅极，耦合到所述关断电压节点的第一传导端子，以及耦合到接地的第二传导端子。
[0021]根据一个或多个实施例，关断电路还包括：附加二极管，所述附加二极管具有耦合到电源电压的阳极和耦合到所述关断电压节点的阴极。
[0022]利用本公开的实施例有利地消耗较少的面积和较少的功率，从而提高效率。
附图说明
[0023]图1是根据现有技术的单光子雪崩二极管(SPAD)像素的示意性框图。
[0024]图2是如本文所揭示的包括SPAD像素和关断电路的第一电子器件的示意图。
[0025]图3是如本文所揭示的包括SPAD像素和关断电路的第二电子器件的示意图。
[0026]图4是使能时第二电子设备的示意图。
具体实施方式
[0027]以下公开使得本领域技术人员能够制造和使用本文公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于除以上详述的那些之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示的实施例，而是与符合本文公开或建议的原理和特征的最宽范围一致。
[0028]现在参考图2描述包括SPAD像素10和关断电路15的第一器件5。SPAD像素10包括SPAD 11，其可以是完全耗尽的三维SPAD，其阴极通过猝熄电阻Rq耦合到高电压HVSPAD(大约20－25V，例如23V)，其阳极通过串联连接的n沟道晶体管MN1和MN2耦合到接地。
[0029]N沟道晶体管MN1是能够处理具有高电压电平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子器件，其特征在于，包括：像素，包括：单光子雪崩二极管SPAD，具有耦合到高电压节点的阴极和通过使能电路选择性地耦合到接地的阳极；以及钳位二极管，具有耦合到所述SPAD的阳极的阳极和耦合到关断电压节点的阴极；以及关断电路，包括：感测电路，耦合在所述关断电压节点与接地之间，并且被配置为生成反馈电压；以及调节电路，被配置为基于所述反馈电压将电流从所述关断电压节点吸收到接地，使得所述关断电压节点处的电压大致保持恒定。2.根据权利要求1所述的电子器件，其特征在于，其中当所述SPAD的阳极通过所述使能电路与接地断开连接并且暴露于光时所述SPAD生成光电流，所述光电流从所述SPAD的阳极通过所述钳位二极管流向所述关断电压节点，并且所述光电流通过所述感测电路流向接地；以及其中由所述调节电路从所述关断电压节点吸收的电流量与流过所述感测电路的光电流的量成比例。3.根据权利要求1所述的电子器件，其特征在于，所述调节电路包括：放大器，具有耦合到参考电压的第一输入和被耦合以接收所述反馈电压的第二输入；以及晶体管，具有耦合到所述放大器的输出的栅极，耦合到所述关断电压节点的第一传导端子，以及耦合到接地的第二传导端子。4.根据权利要求3所述的电子器件，其特征在于，所述放大器的所述第一输入是反相输入，并且所述参考电压是带隙电压，并且其中所述放大器的所述第二输入是非反相输入，并且所述第二输入被耦合以接收所述反馈电压。5.根据权利要求4所述的电子器件，其特征在于，所述晶体管包括n沟道晶体管，所述n沟道晶体管具有耦合到所述关断电压节点的漏极，耦合到接地的源极，以及耦合到所述放大器的所述输出的栅极。6.根据权利要求5所述的电子器件，其特征在于，所述感测电路包括耦合在所述关断电压节点与接地之间的电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：意法半导体Ramp，amp，D有限公司，
类型：新型
国别省市：