[实用新型]一种宽电流输入范围的门控淬灭电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种淬灭电路，属于电路技术领域。

背景技术

激光雷达是一种可以精确快速地获取地面或大气三维空间信息的主动探测技术，可以用来进行测距测角等，因此其在军事和民用领域到了广泛的应用。

成像激光雷达分为多种工作模式。如采用单元探测器的扫描成像与采用阵列探测器的非扫描成像。采用单元探测器的扫描成像作用距离可以很远，但成像速率会受到一定的限制；采用传统大面阵探测器的非扫描成像激光雷达是基于线性APD(Avalanche Photo Diode)原理，它能够以很高的速率成像，但是需要大功率激光器照射目标，所以作用距离不会太远。

APD两端的反向偏置电压低于其雪崩击穿电压时，APD的输出电流与入射光强成正比，即APD工作在线性模式；当偏置电压大于雪崩击穿电压时(过反偏状态)，一个光生载流子即能触发极大增益的自持式雪崩电流，即APD工作在盖革模式。这种由单个光生载流子快速触发产生的可探测雪崩电流，使得APD可实现单光子的有效探测。因此，基于大面阵盖革(GM)APD的激光雷达不仅成像速度快，可以时时捕捉动态目标，而且可以作用非常远的距离，实现超远距离成像。工作在盖革模式下的高灵敏度APD称为单光子雪崩二极管(Single Photo Avalanche Diode,SPAD)。

大面阵的APD探测器需要配套大面阵激光雷达读出电路，而目前国内激光雷达读出电路还是以分立器件为主，因此规模很小，分辨率及成像速率较低。当面阵APD规模达到64X64像素单元甚至更高时，激光雷达读出电路只能采用单片集成的方法实现。基于标准的CMOS工艺实现大面阵激光雷达读出电路芯片，可以缩小控制系统的体积、减轻重量、降低功耗、提高抗干扰能力、增加可靠性，在实现对目标高帧频率捕获的同时获得高精度的时间分辨率。

当SPAD处于过反偏时,由于光子的触发，SPAD会产生自持续电流。如果不采取任何抑制措施，雪崩过程将会持续下去直至器件永久性损坏。所以通常在雪崩倍增效应发生后需要快速降低SPAD两端的电压来抑制雪崩。

SPAD淬灭电路的作用就是快速检测到雪崩电流并提取出一个标准的数字信号,同时减小SPAD的反偏电压至雪崩电压以下，进而淬灭雪崩电流。淬灭电路的性能直接影响探测系统的整体。

实用新型内容

受现有SPAD材料性能和国内加工手段的限制，单光子触发近mA级的电流很难实现；同时考虑面阵SPAD的非一致性，有的光子触发电流不足0.1mA，因而传统门控淬灭电路难以或在有限的时间内响应。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种宽电流输入范围的门控淬灭电路。本实用新型为了解决现有的技术问题，提供一种基于双阈值比较器的门控淬灭电路，以适应大动态范围的触发电流信号。其中，门控方式同传统的电阻被动淬灭、主动和混合淬灭控制方式相比，它可以使SPAD只在短暂的时间内工作于过反偏模式下,因而提高了SPAD的使用寿命和可靠性，且有效降低器件暗计数率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种宽电流输入范围的门控淬灭电路，其特征是，包括充电管MOS管M2、淬灭管MOS管M1、由MOS管M3、M4、M5、M6、M7及电流源I₀和10I₀构成的电压比较器和由MOS管M8、M9、M10、M11、M12和M13构成的控制整形电路；

MOS管M2与MOS管M1的漏极共连至A点及电压比较器中MOS管M3的栅极，经A点通过铟柱与SPAD的阳极连接；MOS管M1的源极接电源VDD；MOS管M2的源极接地；MOS管M2的栅极接或非门的输出端；MOS管M1的栅极接B点，同时连接至控制整形电路中MOS管M11的漏极；

电压比较器中MOS管M3的源极、MOS管M4的源极共连至电流源10I₀的输出端，MOS管M3的漏极同时连接至MOS管M5的漏极和MOS管M7的栅极，MOS管M4的漏极连接至MOS管M6的漏极与栅极，MOS管M4的栅极接参考电压Vref；MOS管M5的栅极与MOS管M6的栅极共连，MOS管M5的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极均接地；MOS管M7的漏极同时连接电流源I₀的输出端与控制整形电路中MOS管M9、M10的栅极；电流源I₀和10I₀的输入端均连接至电源ADD；