[发明专利]一种应用于单光子探测器的紧凑型时间-模拟转换电路

权利要求书

1.一种应用于单光子探测器的紧凑型时间-模拟转换电路，其特征在于，包括1个RS触发器、1个计时电容C、4个NMOS管MN0、MN1、MN2、MN3和4个PMOS管MP0、MP1、MP2、MP3；

其中，雪崩脉冲输入信号in连接RS触发器的置1端口Set，输入停止信号Stop连接RS触发器的置0端口Reset，RS触发器原和反输出端口Q和QN分别接PMOS管MP0和MP1的栅极输入端以接收对应的Ctrl信号和Ctrln信号；

所述PMOS管MP0与MP1组成差分结构作为输入级，MN1与MP1组成互补型CMOS开关，MP0、MN1、MP1三个MOS管共同组成控制逻辑控制计时电容C的放电；NMOS管MN0工作在饱和区，为MP0和MP1组成的差分管提供稳定的尾电流；MP2和MP3作为两个PMOS开关，控制计时电容C的复位操作；MN2和MN3组成源级跟随器，将计时电容C上的电压大小读出；

所述PMOS管MP0的源极接电源Vdd，它的漏极与MP1的漏极相连，并与NMOS管MN0的漏极连接；MN0的栅极外接偏置电压Vb，其源极接地gnd，且MP1的源极与计时电容C的负极板相连；NMOS管MN1的漏极与计时电容C的负极板相连，其栅极与MP0的栅极连接在一起，其源极与MN0的漏极连接；

所述PMOS管MP2和MP3的源极一起接到电源Vdd，它们的栅极同时接复位信号Rstn，它们的漏极分别接到计时电容C的负、正极板；所述NMOS管MN2的漏极接电源Vdd，其栅极与计时电容C的正极板相接，MN2的源极与MN3的漏极相连并连接输出端Vout，而MN3的栅极接输入读取信号Read，其源极接外部总线。

2.根据权利要求1所述的一种应用于单光子探测器的紧凑型时间-模拟转换电路，其特征在于，该电路的工作流程包括四个阶段，即复位阶段、等待阶段、放电计时阶段和读出阶段：

(1)复位阶段：在发射激光之前，将复位信号Rstn置为低电平，PMOS管MP2和MP3导通，电源Vdd通过MP2和MP3对计时电容C充电，将其两端的电压复位为高电位，随后复位信号Rstn被置为高电平；

(2)等待阶段：当雪崩脉冲输入信号in未到来时，RS触发器输出的控制逻辑信号Ctrl为低电平，使PMOS管MP0导通，且RS触发器的反向控制信号Ctrln信号为高电平，使MOS管MP1和MN1截止，计时电容C两端电位被保持住，以等待光子雪崩脉冲输入信号in到来；

(3)放电计时阶段：当雪崩脉冲输入信号in高电平到来时，RS触发器输出的控制逻辑信号Ctrl为高电平，它的反向信号Ctrln为低电位，此时，控制信号Ctrl将MP0被关断，它的反向信号Ctrln将MP1和MN1组成的互补型CMOS开关开启，与开关相连的计时电容C的负极板经互补型CMOS开关及MN0开始向地gnd放电；

(4)读出阶段：当输入停止信号Stop高电平到来时，RS触发器输出的控制信号Ctrl为低电位，使PMOS管MP0导通，且RS触发器的反向控制信号Ctrln为高电位，它将MP1和MN1组成的互补型CMOS开关关断，计时电容C停止放电，进入读出阶段，即：当NMOS管MN3的栅极输入读取信号Read为高电平，使MN3导通时，源极跟随电路正常工作，计时电容C上的电压通过源极跟随器传输到输出端口Vout。