一种工作于线性模式APD阵列的主动成像读出电路制造技术

一种工作于线性模式APD阵列的主动成像读出电路，设有探测器、高压保护电路、注入电路、比较器及电压保持电路，探测器输出与高压保护电路的输入连接，高压保护电路的输出与注入电路的输入连接，注入电路的输出与比较器电路的输入连接，比较器电路的输出与电压保持电路的输入连接，电压保持电路的输出连接注入电路及后续处理缓冲器电路，注入电路的输出还连接后续处理缓冲器电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电成像技术，尤其是ー种工作于线性模式APD阵列的主动成像读出电路。属于微电子及光电子

技术介绍
近几十年，由于电荷耦合器件(CXD)，CMOS图像传感器及红外成像器件的发展，光电成像技术在包括人们日常生活在内的诸多领域得到了广泛应用。但在要求检测极其微弱 光信号的应用中，这些器件显得无能为カ或者需要极低温度或低噪声电路才能满足要求。雪崩光电ニ极管(APD)是ー种新型高灵敏光电探测与传感器件。它借助内部强电场作用产生雪崩倍增效应，因此具有很高的内部増益，并且响应速度非常快。由于这些特点，APD探测器已广泛应用于微弱信号检测、光纤通信、光电测距、星球定向和军事测控等领域。焦平面阵列主要由探测器阵列和读出电路(ROIC)阵列组成，读出电路的作用是将探测器接收到的光信号转换成处理机可以处理的电信号(通常为ー个电压信号)，相当于传统APD探測器信号处理电路中的接收机。传统APD探測器信号处理电路中的接收机包含的电路模块通常比较多。如中国专利(专利公开号CN 1384371A)提出的一种高精确度激光测距仪装置，其中包括信号接收电路、峰值保持电路、积分电路、高压电源电路等模块，且电路模块复杂，不利于集成的电路来进行信号处理。因此，设计一种简单实用的信号处理电路是解决信号处理电路与探測器集成形成大規模阵列的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了ー种工作于线性模式APD阵列的主动成像读出电路，可以通过对探测器产生的光电流信号处理产生与探測目标强度(2D)与距离(3D)相关的电压信号，并解决了信号处理电路与APD阵列集成的方式，保证耦合后単元电路出现ー些意外情况(比如探测器单元短路或开路)下信号处理电路还能继续工作。本专利技术产生強度像的基本原理就是对探测器产生的光电流积分产生电压信号，产生距离像的基本原理是通过测量激光发射时刻与遇到目标物体返回时刻的时间差(激光飞行时间，T. O. F)，并通过读出电路产生大小与距离远近对应关系的电压信号得到的。本专利技术采取的技术方案如下ー种工作于线性模式APD阵列的主动成像读出电路，其特征在干设有探測器、高压保护电路、注入电路、比较器及电压保持电路，探测器输出与高压保护电路的输入连接，高压保护电路的输出与注入电路的输入连接，注入电路的输出与比较器电路的输入连接，比较器电路的输出与电压保持电路的输入连接，电压保持电路的输出连接注入电路及后续处理缓冲器电路，注入电路的输出还连接后续处理缓冲器电路，其中 探測器系雪崩光电ニ极管APD，将光信号转换成电流信号，高压保护电路设有N型高压NMOS管NI，雪崩光电ニ极管的正极接第一偏置电压，雪崩光电ニ极管的负极接NMOS管NI的漏极，NMOS管NI的栅极接第二偏置电压；注入电路设有5个N型NMOS管N2 N6、3个P型PMOS管Pl P3及I个积分电容，NMOS管N2的栅极和漏极、NMOS管N4的栅极以及NMOS管N3的栅极连接在一起并与短路保护电路的NMOS管NI的源极连接，NMOS管N2的源极、匪OS管N5的源极以及积分电容的一端接地，NMOS管N4的漏极、NMOS管N3的漏极、PMOS管P2的源极以及PMOS管P3的源极与PMOS管Pl的漏极连接在一起，为注入电路的输出信号端，PMOS管Pl的源极连接复位电压，PMOS管Pl的栅极和PMOS管P3的栅极分别连接第一时钟信号，NMOS管N4的源极与NMOS管N6的漏极连接，NMOS管N6的源极、NMOS管N5的漏极与NMOS管N3的源极连接在一起，NMOS管N6的栅极连接第二时钟信号，NMOS管N5的栅极连接积分信号，PMOS管P2的漏极及PMOS管P3的漏极与积分电容的另一端连接在一起； 比较器设有5个N型NMOS管N7 Nll及5个P型PMOS管P4 P8 ；PM0S管P4的源极、PMOS管P5的源极、PMOS管P7的源极以及PMOS管P8的源极相互连接并接VDD，PMOS 管P4的栅极、PMOS管P5的栅极和漏极、PMOS管P7的栅极以及NMOS管N8的漏极连接在一起，PMOS管P4的漏极、PMOS管P8的栅极、PMOS管P6的源极相互连接在一起，PMOS管P6的栅极和漏极与NMOS管N7的漏极连接在一起，NMOS管N7的源极、NMOS管N9的漏极与NMOS管N8的源极连接在一起，NMOS管N9的栅极连接第三偏置电压，NMOS管N9的源极、NMOS管NlO的源极以及NMOS管Nll的源极连接在一起并接地，PMOS管P8的漏极连接NMOS管Nll的漏极，NMOS管N7的栅极连接注入电路的输出信号端，NMOS管N8的栅极连接第四偏置电压，PMOS管P7的漏极、NMOS管NlO的栅极和漏极以及NMOS管Nll的栅极连接在一起； 电压保持电路设有一个PMOS管P9、2个NMOS管N12及N13、2个反相器及I个保持电容，PMOS管P9的源极接VDD，PMOS管P9的栅极与比较器中PMOS管P8的漏极及NMOS管NI I的漏极连接在一起，PMOS管P9的漏极、NMOS管N12的漏极、第一反相器的输入端以及第二反相器的输出端连接在一起，第一反相器的输出端以及第二反相器的输入端与NMOS管N13的栅极连接在一起并与注入电路中PMOS管P2的栅极连接，NMOS管N13的源极连接保持电容的一端，保持电容的另一端及NMOS管N12的源极均接地，NMOS管N12的栅极连接第三时钟信号，NMOS管N13的漏极连接一个斜坡电压信号。电压保持电路输出端为N13的源极与后续处理缓冲器电路连接。本专利技术的优点及显着效果 (I)本专利技术主动成像读出电路可以对目标物体进行2D (强度)、3D (距离)成像，电路结构简单，适合大规模阵列集成。(2)本专利技术主动成像读出电路包含高压保护电路，具有在一些意外情况出现(比如探测器单元短路)时，保护后续信号处理电路的特性，实现了 APD阵列与读出电路的集成。(3)本专利技术主动成像读出电路采用同一电压坡(voltage ramp)为全阵列提供激光飞行时间测量基准，具有很高的均匀性。(4)本专利技术主动成像读出电路采用分段测距方式，可以在较大探测距离范围内提高距离分辨。附图说明图I为本专利技术的原理框 图2为本专利技术的一种具体实现电路。具体实施例方式如图1，单元电路是整个读出电路的核心部分，包括高压保护电路2、注入电路3、比较器电路4、电压保持电路5。探测器I输出与高压保护电路2的输入连接，高压保护电路2的输出与注入电路3的输入连接，注入电路3的输出与比较器电路4的输入连接，比较器电路4的输出与电压保持电路5的输入连接，电压保持电路的输出连接注入电路3及后续处理缓冲器电路，注入电路的输出亦连接后续处理缓冲器电路， 如图2，探测器I采用APD探测器，将微弱光信号转换成电流信号，雪崩光电二极管(APD)是一种新型高灵敏光电探测与传感器件。它借助内部强电场作用产生雪崩倍增效应，因此具有很高的内部增益，并且响应速度非常快。高压保护电路2设有有高压管NI，当探测器单元短路时，起保护作用。具有保护后续信号处理电路的特性，实现了 APD阵列与读出电路的集成，使得在一些意外情况出现(t匕如探测器单元短路)下读出电路还能继续工作。这是由于APD探测器处于线性模式下的工·作的偏置电压与制造工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工作于线性模式Aro阵列的主动成像读出电路，其特征在于设有探测器、高压保护电路、注入电路、比较器及电压保持电路，探测器输出与高压保护电路的输入连接，高压保护电路的输出与注入电路的输入连接，注入电路的输出与比较器电路的输入连接，t匕较器电路的输出与电压保持电路的输入连接，电压保持电路的输出连接注入电路及后续处理缓冲器电路，注入电路的输出还连接后续处理缓冲器电路，其中 探测器系雪崩光电二极管APD，将光信号转换成电流信号，高压保护电路设有N型高压NMOS管NI，雪崩光电二极管的正极接第一偏置电压，雪崩光电二极管的负极接NMOS管NI的漏极，NMOS管NI的栅极接第二偏置电压； 注入电路设有5个N型NMOS管N2 N6、3个P型PMOS管Pl P3及I个积分电容，NMOS管N2的栅极和漏极、NMOS管N4的栅极以及NMOS管N3的栅极连接在一起并与短路保护电路的NMOS管NI的源极连接，NMOS管N2的源极、NMOS管N5的源极以及积分电容的一端接地，NMOS管N4的漏极、NMOS管N3的漏极、PMOS管P2的源极以及PMOS管P3的源极与PMOS管Pl的漏极连接在一起，为注入电路的输出信号端，PMOS管Pl的源极连接复位电压，PMOS管Pl的栅极和PMOS管P3的栅极分别连接第一时钟信号，NMOS管N4的源极与NMOS管N6的漏极连接，NMOS管N6的源极、NMOS管N5的漏极与NMOS管N3的源极连接在一起，NMOS管N6的栅极连接第二时钟信号，NMOS管N5的栅极连接积分信号，PMOS管P2的漏极及PMOS管P3的漏极与积分电容的另一端连接在一起； 比较器设有5个N型NMOS管N7 Nll及5个P型PMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐申，何晓莹，杨淼，宋文星，黄秋华，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：