一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路制造技术

一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其中，检流电阻将雪崩电流信号转换为可检测的电压信号，经过单光子信号读出电路转换为电平信号，单光子脉冲整形电路对该电平信号进行整形；高、低侧淬灭时序电路利用单光子信号读出电路输出的电平信号作为触发信号，产生高、低侧淬灭控制信号；低侧复位时序电路利用高、低侧淬灭时序电路输出的QCHN信号作为触发信号，输出低侧复位控制信号和高侧复位时序电路触发信号SRN，产生高侧复位控制信号；全局复位电路将外部输入的使能信号进行整形，产生可全局复位信号RST，使SPAD处于可产生单光子信号的准备状态。本发明专利技术能够保障SPAD时序不紊乱，提高SPAD的工作可靠性，主要应用于空间高可靠性单光子雪崩二极管时序控制场合。可靠性单光子雪崩二极管时序控制场合。可靠性单光子雪崩二极管时序控制场合。

【技术实现步骤摘要】
一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路


[0001]本专利技术涉及一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，主要应用于空间激光雷达测距中应用中的单光子雪崩二极管的快速淬灭与复位的时序控制，属于单光子探测领域。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断进步，人们在量子通信、激光雷达测距、三维成像、生物医疗等领域对探测器的灵敏度要求越来越高。同时随着人们对太空目标探索的逐步深入，激光测距雷达、三维成像等应用在空间探测领域也发展得如火如荼。单光子雪崩二极管(SinglePhoto AvalancheDiode，SPAD)是目前地面相对成熟的一种单光子探测器，但在空间应用中需要考虑空间应用可靠性问题。
[0003]SPAD在地面应用时，为追求极致化的死时间以获得较大饱和计数率和各子模块的延迟时间参数独立调整，SPAD的读出、淬灭、复位的时序控制通常采用并行的架构进行控制，如图2所示。由单光子读出信号去分别同时控制各个时序电路启动，然后各自调整时间参数进行时序匹配，每个时序电路的时间参数调整不会影响其他时序电路工作。具有独立调整，可以获得较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述电路包括单光子信号读出电路、单光子脉冲整形电路、全局复位电路、高低侧淬灭时序电路、低侧复位时序电路、高侧复位时序电路、高压供电电源、单光子雪崩二极管、检流电阻Rs；其中，所述高低侧淬灭时序电路、低侧复位时序电路、高侧复位时序电路采用级联的方式连接，前一级电路的输出信号作为下一级电路的输入触发信号；所述全局复位电路只在外部使能信号开始有效时产生一次全局复位，且只对第一级时序电路的高低侧淬灭时序电路进行复位，复位产生的输出信号对后级电路依次进行控制，完成对整个电路的复位。2.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述单光子信号读出电路包括交流耦合电容C1，钳位二极管D1和D2，比较器U1，缓冲器B1。3.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述全局复位电路包括高速开关晶体管Q1，限流电阻R1，电容C2，带清零置位功能、上升沿触发的D触发器U2，缓冲器B7、B8、B9、B10、B11。4.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述单光子脉冲整形电路包括带清零置位功能、上升沿触发的D触发器U3，缓冲器B2、B12、B13、B14、B15、B16。5.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述高低侧淬灭时序电路包括带清零置位功能、上升沿触发的D触发器U4，缓冲器B3、B4、B17、B18。6.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述低侧复位时序电路包括带清零置位功能、上升沿触发的D触发器U5，缓冲器B5、B19、B20。7.根据权利要求1所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述高侧复位时序电路包括带清零置位功能、上升沿触发的D触发器U6，缓冲器B6、B21、B22。8.根据权利要求2所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述单光子信号读出电路中，所述检流电阻Rs第一端PHC信号连接到电容C1的第一端，电容C1的第二端连接到钳位二极管D1的阳极，钳位二极管D1的阴极连接到+5V电源；钳位二极管D2的阳极连接到地；比较器U1的正输入端连接到电容C1的第二端，比较器U1负输入端连接比较参考电压V
TH
，比较器U1的输出端连接到缓冲器B1的输入端，缓冲器B1的输出端输出单光子脉冲信号PHS，外部使能信号输入端连接到比较器U1的使能端；所述比较器U1为高速比较器，使能端为低电平有效；所述缓冲器B1为高速缓冲器。9.根据权利要求3所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述全局复位电路中，所述高速开关晶体管Q1的基极连接到外部使能信号输入端，射极连接到地，集电极连接到限流电阻R1的第二端，限流电阻R1的第一端连接到+5V电源，电容C2第一端连接到限流电阻R1的第二端，电容C2的第二端连接到地；D触发器U2的数据输入D端和置位PREN端均连接到+5V电源，D触发器U2的时钟输入CLK端连接到电容C2的第一端，正向输出Q+端不连接任何信号，负向输出Q
‑
端连接到缓冲器B7的输入端，缓冲器B7的输出端
为全局复位信号输出RST；缓冲器B8输入端连接到的负向输出Q
‑
端，缓冲器B9输入端连接到缓冲器B8的输出端，缓冲器B10输入端连接到缓冲器B9的输出端，缓冲器B11输入端连接到缓冲器B10的输出端，缓冲器B11的输出端连接到D触发器U2的清零CLRN端；所述D触发器U2为带清零置位功能、上升沿触发的高速D触发器；所述高速开关晶体管Q1的基极连接的外部使能信号为低电平有效；所述缓冲器B7、B8、B9、B10、B11均为高速缓冲器，D触发器U2负向输出Q
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端与D触发器U2清零CLRN端串接的缓冲器个数与单个缓冲器延迟时间决定了复位信号RST的有效宽度。10.根据权利要求4所述的一种空间高可靠单光子雪崩二极管时序控制电路，其特征在于：所述单光子脉冲整形电路中，D触发器U3的数据输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明富，刘光林，金峥，冯志辉，刘博，周向东，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：