[发明专利]雪崩二极管装置和控制雪崩二极管装置的方法

说明书

一种雪崩二极管装置，包括：雪崩二极管(11)，其耦合到第一电压端子(14)和第一节点(15)；锁存比较器(12)，具有连接到所述第一节点(15)的第一输入(16)、用于接收参考电压(VREF)的第二输入(17)和用于接收比较器使能信号(CLK)的使能输入(21)；以及猝熄电路(13)，其连接到所述第一节点(15)。

本专利申请涉及一种雪崩二极管装置和用于控制雪崩二极管装置的方法。

雪崩二极管是高度敏感的光学器件。通常，雪崩二极管实现为单光子雪崩二极管，缩写为SPAD。SPAD能够用于检测光子撞击光学器件时的时刻。SPAD能够在称为Geiger的模式下工作。在Geiger的模式下SPAD以高于雪崩二极管的击穿电压的偏置电压反向偏置。当光子撞击SPAD时，由于非常高的电场，产生电子空穴对和非常高且短的电流脉冲。SPAD的性能取决于偏置电压比击穿电压高多少。SPAD的偏置电压VHV能够表示为VHV＝VBD+VEX，其中VHV是雪崩二极管的偏置电压值，VBD是雪崩二极管的击穿电压值，VEX是过偏置电压值。

本专利申请的目的是提出一种雪崩二极管装置和用于控制雪崩二极管装置的方法，该方法能够控制过偏置电压。

该目的将通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中定义了进一步的实施例和改进。

在实施例中，雪崩二极管装置包括雪崩二极管、锁存比较器和猝熄电路。雪崩二极管耦合到第一电压端子和第一节点。锁存比较器具有耦合到第一节点的第一输入、用于接收参考电压的第二输入和用于接收比较器使能信号的使能输入。猝熄电路耦合到第一节点。

有利地，当光子撞击雪崩二极管时，能够在第一节点处分接过偏置电压。能够通过锁存比较器将过偏置电压和参考电压进行比较。在没有光子撞击雪崩二极管的情况下，在第一节点处分接的节点电压非常低，并且因此低于参考电压。

有利地，能够通过比较器使能信号将锁存比较器设置为激活的。因此，锁存比较器仅在需要比较锁存比较器的第一输入和第二输入处的电压期间进行操作，即，在光子引起电流流入雪崩二极管不久之后。因此，在大部分时间期间，通过比较器使能信号将锁存比较器设置为空闲状态，能够将雪崩二极管装置的功耗保持为较低。

在实施例中，雪崩二极管连接到第一电压端子和第一节点。锁存比较器的第一输入连接到第一节点。猝熄电路连接到第一节点。雪崩二极管具有连接到第一节点的阳极和连接到第一电压端子的阴极。

雪崩二极管实现为单光子雪崩二极管，缩写为SPAD。

在实施例中，雪崩二极管装置包括数字控制电路，该数字控制电路具有耦合到第一节点的节点输入和耦合到锁存比较器的使能输入的使能输出。数字控制电路的节点输入可以连接到第一节点。数字控制电路的使能输出可以连接到锁存比较器的使能输入。

在实施例中，数字控制电路根据第一节点处分接的节点电压产生比较器使能信号。

有利地，能够通过数字控制电路将锁存比较器设置为激活的和非激活的。因此，在大部分时间期间，通过将锁存比较器设置为空闲状态，能够将雪崩二极管装置的功耗保持为较低。在有很多光的情况下，第一节点处的节点电压具有较高的值，该较高的值高于提供给锁存比较器的参考电压。通过将数字控制电路连接到锁存比较器的使能输入，实现在很多光的情况下锁存器不执行比较。

在另外的改进中，数字控制电路包括反相器，所述反相器具有耦合到节点输入的输入和耦合到使能输入的输出。反相器的输入可以连接到节点输入。反相器可以检测光子事件。当光子撞击雪崩二极管时，第一个节点处的节点电压上升，并且一旦节点电压变得高于反相器的阈值电压，反相器输出处的信号就会改变其逻辑值。

在实施例中，数字控制电路包括触发器，所述触发器具有耦合到反相器的输入和耦合到使能输出的输出。触发器的输出可以连接到使能输出。