[发明专利]SPAD光电二极管控制电路

说明书

本公开涉及一种SPAD光电二极管控制电路(300)，包括：第一电流源(101)；电流镜，该电流镜包括与第一电流源(101)串联的输入晶体管(107)和与SPAD光电二极管(PD)串联的输出晶体管(109)；以及第二电流源(301)，该第二电流源与电流镜的输入晶体管(107)串联并与第一电流源(101)并联，第二电流源(301)可交替地控制到其不递送电流的所谓的非激活状态和控制到其递送非零电流(If)的所谓的激活状态，该非零电流在电流镜的输入晶体管(107)中添加到由第一电流源(101)递送的电流(Ib)上。

技术领域

本公开总体上涉及电子电路，并且更具体地针对一种用于控制雪崩光电二极管以便检测单光子的电路，也称为SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)光电二极管。

背景技术

SPAD光电二极管本质上是由反向偏置处于大于其雪崩阈值的电压的PN结形成的。当PN结的耗尽区或空间电荷区中不存在电荷时，光电二极管处于不导电的伪稳态。当光生电荷注入到耗尽区中时，如果这个电荷在耗尽区中的位移速度足够高，即如果耗尽区中的电场足够强，则光电二极管能够进行雪崩。因此，单个光子能够生成可测量的电信号，而且这具有非常短的响应时间。SPAD光电二极管能够检测具有非常低强度的辐射，特别地用于单光子检测和光子计数。

SPAD光电二极管通常与电子控制电路相关联，该电子控制电路特别地具有偏置光电二极管的PN结、检测光电二极管的雪崩何时被触发以及一旦光电二极管的雪崩被触发就猝灭(即中断)光电二极管的雪崩的功能。

在此更特别地考虑了SPAD光电二极管猝灭功能的实施方式。

发明内容

实施例提供了一种SPAD光电二极管控制电路，包括：

-第一电流源；

-电流镜，该电流镜包括与第一电流源串联的输入晶体管和与SPAD光电二极管串联的输出晶体管；以及

-第二电流源，该第二电流源与电流镜的输入晶体管串联并与第一电流源并联，第二电流源可交替地控制到其不递送电流的所谓的非激活状态和控制到其递送非零电流的所谓的激活状态，该非零电流在电流镜的输入晶体管中添加到由第一电流源递送的电流上。

根据实施例，控制电路还包括反馈电路，该反馈电路被配置为在SPAD光电二极管中的雪崩的每次触发之后，在SPAD光电二极管的复位阶段期间将第二电流源控制到激活状态，并且然后将第二电流源控制到非激活状态，直到SPAD光电二极管中的雪崩的下一次触发为止。

根据实施例，反馈电路被配置为在雪崩的触发和对第二电流源的激活状态的控制之间引入预定延迟。

根据实施例，反馈电路具有耦接到SPAD光电二极管的阳极或阴极的输入节点，以及耦接到第二电流源的控制节点的输出节点。

根据实施例，反馈电路的输入节点直接连接到光电二极管的阳极或阴极。

根据实施例，反馈电路的输入节点经由电容式链路连接到光电二极管的所述阳极或阴极。

根据实施例，反馈电路包括能够将施加到其输入节点的电位的状态变化传播到其输出节点上的反相器链。

根据实施例，反相器链包括延迟反相电路。

根据实施例，该电路还包括直接反馈晶体管，该直接反馈晶体管与电流镜的输入晶体管串联并且与第一电流源和第二电流源并联，该直接反馈晶体管具有连接到反馈电路的输入节点的控制节点。

根据实施例，该电路还包括第三电流源，该第三电流源连接在第一电流源的输出端和参考节点之间，该第三电流源可控制到其递送非零电流的所谓的激活状态和控制到其不递送电流的所谓的非激活状态，该非零电流在电流镜的输入晶体管中减去由第一电流源递送的电流。