一种基于Cascode结构的混合式高速淬灭电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Cascode结构的混合式高速淬灭电路及方法，电路包括：单光子雪崩光电二极管SPAD、Cascode结构单元、延迟保持电路和单稳态电路，单光子雪崩光电二极管SPAD触发载流子的雪崩倍增效应实现单个光子的检测，Cascode结构单元让单光子雪崩光电二极管SPAD承受高的过偏压，延迟保持电路产生时间可控的延时时间，单稳态电路产生脉冲宽度可调的单脉冲复位信号，向Cascode结构单元发送复位信号，Cascode结构单元根据触发复位信号使得单光子雪崩光电二极管SPAD两端的反向偏压大于雪崩击穿电压，单光子雪崩光电二极管SPAD恢复到工作状态。方法基于上述电路。本发明专利技术采用被动淬灭和可变负载淬灭相结合的方法，通过引入Cascode结构实现了缩短淬灭时间、提高单光子探测响应速度目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及淬灭电路，尤其涉及一种基于cascode结构的混合式高速淬灭电路及方法。

技术介绍

1、单光子雪崩光电二极管(single-photon avalanche diode，spad)凭借其探测距离远和探测灵敏度高等优点，被广泛应用于单光子激光测距、国土安全与监视、量子加密系统、荧光寿命检测。单光子雪崩光电二极管利用载流子的雪崩倍增效应实现单个光子的检测，工作在超过击穿电压而尚未击穿的很小的一个电压范围内，此时单光子雪崩光电二极管spad中的高电压形成了高电场，处在非常敏感的工作区间，只要有微弱的光信号即可在皮秒级的时间内引发其产生毫安级的雪崩电流，响应速度极快。由于高电场，其单光子产生的载流子触发是一个自我维持的过程，倍增增益是无限的，雪崩过程会一直持续，否则持续的雪崩电流会产生过多的功耗，导致探测器发热，最终可能会损坏器件，无法进行下一次探测。

2、除此之外，单光子雪崩光电二极管spad在单光子探测中还存在暗计数、后脉冲效应、死区时间、噪声等非理想因素，这些因素限制了单光子探测最终能够达到的探测效率。为了降低非理想因素的影响，通常本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于Cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，包括：单光子雪崩光电二极管SPAD、Cascode结构单元、延迟保持电路和单稳态电路；

2.根据权利要求1所述的一种基于Cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，所述Cascode结构单元包括：第一MOS管NM1、第二MOS管NM2、第三MOS管NM3、第四MOS管NM4、第五MOS管PM5和第一反相器INV1；

3.根据权利要求2所述的一种基于Cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，所述Cascode结构单元中当B点电压发生变化时，所述第四MOS管NM4的导通电阻发生变化；所述...

【技术特征摘要】

1.一种基于cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，包括：单光子雪崩光电二极管spad、cascode结构单元、延迟保持电路和单稳态电路；

2.根据权利要求1所述的一种基于cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，所述cascode结构单元包括：第一mos管nm1、第二mos管nm2、第三mos管nm3、第四mos管nm4、第五mos管pm5和第一反相器inv1；

3.根据权利要求2所述的一种基于cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，所述cascode结构单元中当b点电压发生变化时，所述第四mos管nm4的导通电阻发生变化；所述单光子雪崩光电二极管spad一开始的阳极a点电压为零，经过所述第一反相器inv1后，b点电压为高电平，所述第四mos管nm4导通，所述第三mos管nm3和所述第四mos管nm4的支路导通；

4.根据权利要求2所述的一种基于cascode结构的混合式高速淬灭电路，其特征在于，所述第一反相器inv1将a点电压翻转作为所述延迟保持电路的输入信号，所述第一反相器inv1用于检测所述单光子雪崩光电二极管spad的阳极电压，当阳极电压升到设定的电压阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迪，宋珂，刘术彬，丁瑞雪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学重庆集成电路创新研究院，
类型：发明
国别省市：