[发明专利]一种基于脉冲上升沿触发的电荷转移型模拟计数读出电路

摘要

本发明公开了一种基于脉冲上升沿触发的电荷转移型模拟计数读出电路。该电路包括13只MOSFET晶体管和一个积分电容，一个寄生电容。其中MP1和MP2分别为电荷注入开关和电荷转移开关，控制电荷包的产生和转移；跨接在MP1栅极和漏极之间的寄生电容Cgd将输入雪崩脉冲信号耦合到MP1的漏极；MP4和MN1组成复位电路，实现对积分电容存储的电荷放电；MP6、MP7、MP8、MN2、MN3和MN4组成一个单位增益放大器，防止和积分电容C相连接的MOSFET晶体管漏电对积分电容电压的影响；MP3是源极跟随晶体管，MP5是其负载，MP9是行选择晶体管，通过MP3和MP9将积分电容C上的电压读出到外部电路。模拟计数读出电路可实现高的计数范围，同时可减小SPAD阵列探测器像素单元的面积，提高SPAD阵列探测器的密度。

主权项

一种基于脉冲上升沿触发的电荷转移型模拟计数读出电路，其特征在于，所述电路包括13只MOSFET晶体管和一个积分电容、一个寄生电容，所述的13只MOSFET晶体管包括9只PMOS晶体管MP1～MP9和4只NMOS晶体管MN1～MN4，其中MP1和MP2分别为电荷注入开关和电荷转移开关，控制电荷包的产生和转移；寄生电容Cgd用于将输入雪崩脉冲信号耦合到MP1的漏极；MP4和MN1组成复位电路，实现对积分电容存储的电荷放电，MP6、MP7、MP8、MN2、MN3和MN4组成一个单位增益放大器，将积分电容上的电压复制到和积分电容C相连接的晶体管的源极，漏极和衬底上，MP3是源极跟随晶体管，MP5是其负载，MP9是行选择晶体管，通过MP3和MP9将积分电容上与输入光子雪崩脉冲个数成线性关系的电压读出到外部的列接口电路上，MP1的栅极接输入信号In，MP1的漏极接MP2的源极，MP2的漏极和MP4的源极共同接积分电容C的上极板，积分电容C的下极板接地，寄生电容Cgd跨接在MP1的栅极和漏极之间，MP4的栅极接复位反信号NRST，MN1的栅极接复位信号RST,MN1的源极接复位电压Vrst，MN1的衬底接地，MP1的源极和衬底，MP2的栅极和衬底，MP4的漏极和衬底以及MN1的漏极共同接到单位增益放大器输出端，即MP7的漏极，积分电容C的上极板接MP3的栅极和单位增益放大器输入端即MP6的栅极，MP3的源极接MP5的漏极，MP3的源级与衬底相连，MP3的漏极接地，MP5的源极接电源电压Vdd，MP5和MP8的栅极接偏置电压Vbp，MP5和MP8的源极接电源电压Vdd，MP8的漏极共同接MP6和MP7的源极，MP6的漏极共同接MN2的漏极和栅极以及MN3的栅极，MN3的漏极接MP7的漏极和栅极以及MN4的栅极，MN4的源极、漏极、衬底和MN2以及MN3的衬底均接地，MP9的栅极接行选择信号sel，MP9的源极共同接MP3的源极和MP5的漏极，MP9的漏极接输出端口Out，MP4、MP5、MP6、MP7和MP8的衬底均接电源电压Vdd。