[发明专利]单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路及方法

说明书

本发明公开了一种单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路及方法，包括RS触发器一RSFF_1、RS触发器二RSFF_2、RS触发器三RSFF_3、RS触发器四RSFF_4、判断电路以及触发/复位电路，判断电路由一个电容网络和一个比较器CMP组成。判断电路将雪崩脉冲信号个数同时通过电容网络的充放电过程转化为一定的电压阈值V_A，再通过比较器CMP对比所设定的参考电压信号V_ref，实现同步检测、抑制噪声的功能。本发明占用的芯片版图面积小，有效地提高了SPAD像素单元的填充因子，提高了SPAD阵列探测器的集成度；电路复杂度低，制造工艺完全和CMOS工艺兼容，制造成本低，各个电路之间的性能一致性好，成品率高。

技术领域

本发明提出了一种应用于单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路，属于单光子探测和3D成像技术领域。

背景技术

由于具有探测灵敏度高、响应速度快、面积小、功耗低和CMOS工艺完全兼容等显著优势，单光子雪崩光电二极管(Single-Photon Avalanche Diode，SPAD)已在激光测距、荧光寿命成像、DNA测序和3D成像等方面显示出广泛的应用前景。而这些应用领域都需要单光子探测器具有良好的抑制噪声的能力。目前单光子探测器抑制噪声的方法主要有门控法和雪崩脉冲检测两种方法。采用门控淬灭电路虽然能够在一定的间隔时间内抑制环境光子和SPAD器件暗计数，具有可控性高的优点，但是当外界环境光子噪声较大时，其规避噪声的能力较低。雪崩脉冲检测的方法主要基于数字构造的计数器，虽然其规避噪声的能力较高，但是占用面积大，适用范围小，不适用于像素单元中器件雪崩响应间隔时间较短或同时响应的情况。本发明针对这两种现有电路的缺点，提出了一种光子同步检测电路，在提高探测器噪声抑制能力和适用范围的同时能够有效降低电路复杂度和面积，可大大提高像素单元填充因子和阵列集成度。

发明内容

发明目的：针对现有光子同步检测电路抑制环境光子噪声能力不高、适用范围小和电路面积大等问题，本发明提出一种能够改变噪声抑制性能、集成度到、适用范围广的单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路，其特征在于：包括RS触发器一RSFF_1、RS触发器二RSFF_2、RS触发器三RSFF_3、RS触发器四RSFF_4、判断电路以及触发/复位电路，其中：

单光子雪崩二极管产生的雪崩脉冲信号一QC1分别与RS触发器一RSFF_1的置1输入端S和触发/复位电路的输入端一P1连接，单光子雪崩二极管产生的雪崩脉冲信号二QC2分别与RS触发器二RSFF_2的置1输入端S和触发/复位电路的输入端二P2连接，单光子雪崩二极管产生的雪崩脉冲信号三QC3分别与RS触发器三RSFF_3的置1输入端S和触发/复位电路的输入端三P3连接，单光子雪崩二极管产生的雪崩脉冲信号四QC4分别与RS触发器四RSFF_4的置1输入端S和触发/复位电路的输入端四P4连接。

RS触发器一RSFF_1的的输出端Q连接判断电路的输入端一S1，而输出端QN连接判断电路的第一输入端RS触发器二RSFF_2的输出端Q连接判断电路的输入端二S2，而输出端QN连接判断电路的第二输入端RS触发器三RSFF_3的输出端Q连接判断电路的输入端三S3，而输出端QN连接判断电路的第三输入端RS触发器四RSFF_4的输出端Q连接判断电路的输入端四S4，而输出端QN连接判断电路的第四输入端