一种低检测阈值的高速主被动混合淬火电路设计

基于标准CMOS工艺,设计了一种用于单光子探测器的高速、低功耗主被动混合淬火电路。采用电流镜结构,设计一种低阈值快速比较器,将雪崩电流与阈值电流进行比较,以实现雪崩电流检测;比较器输出信号控制雪崩光电二极管的阳极电压,从而实现淬灭与恢复。采用Cadence软件,根据SPAD的SPICE模型,完成电路设计与仿真。结果表明,该淬火电路的淬灭时间为0.5 ns,恢复时间为1.34 ns,整体的死区时间为13.4 ns,检测阈值为1.3μA,功耗小于0.046 mW。

SPAD的EDA模型及其在集成淬火电路设计中的应用

针对应用于单光子探测的单光子雪崩二极管建立了EDA电路模型,讨论了模型参数设置及仿真方法,利用此模型分别完成了像素级被动淬火集成电路、像素级主动淬火及快速恢复集成电路的设计仿真,并利用CSMC公司的0.5μmCMOS工艺进行流片制作。结果表明,建立的探测器模型与CMOS电路设计相互兼容,通过合适的电路设计和参数设置,采用以上集成淬灭电路的单光子探测器的最小"盲时"可分别达到100ns和4ns。

SPAD单光子探测器的SPICE模型及其CQC淬火电路研究

在盖革模式下工作的雪崩光子二极管(APD)也称为单光子雪崩光子二极管(singlephoton avalanche photon diode, SPAD)是一种常用于激光测距成像领域的单光子探测器。本文针对SPAD探测应用中的淬火问题,设计了一种电容淬火(capacitive quenching circuit, CQC)电路。首先,根据SPAD器件的性能参数,建立了SPAD的SPICE等效模型,并通过无源淬火电路验证了该模型。其次,基于该等效模型的基础上,仿真验证了所设计的CQC淬火电路的淬火效果。仿真结果表明:所设计的CQC电路不仅具有门控有源淬火电路的优点,而且具有更稳定的偏置电压和击穿电流。本文设计的CQC淬火电路的淬火时间和恢复时间分别为16 ns和41 ns,基本可满足单光子测距的应用需求。

GM-APD阵列型红外传感读出电路设计与实现（英文）

基于盖革模式(GM)雪崩光电二极管(GM-APD)探测阵列,设计了一种可用于红外3D成像的高性能红外传感读出电路(ROIC).该电路系统主要由主动淬火电路(AQC)、时间数字转换电路(TDC)和其他时序控制电路3个模块组成.AQC与TDC共同构成像素电路,在其余模块的配合下,由AQC电路检测GM-APD传感器产生的电流信号,TDC电路进行光子飞行时间(TOF)的计量,并转换为数字信号输出,从而实现更好的噪声抑制,更高的探测灵敏度.该电路采用CSMC 0.5μm标准CMOS工艺流片,阵列规模为8×8,像元中心距离100μm,芯片测试结果表明,电路功能良好,在250 MHz时钟驱动下,芯片可达到1 ns的时间分辨率,该电路可用于面阵结构红外探测系统或焦平面阵列.

单光子雪崩二极管探测系统测试与设计分析

随着在弱光探测量子通讯领域研究的深入,光子探测逐渐成为国内外研究的热点。基于Si单光子雪崩光电二极管探测系统,介绍了系统相关性能参数以及相应的测试方法,对主要结构、性能指标和外界环境条件进行了综合性分析,总结并设计了一套完整的测试平台以及测试手段用于对单光子探测系统主要性能进行测试。测试平台采用主动与被动淬火电路两种方式对样品进行测试,结果表明了其相关参数与外偏置电压的非简单线性关系,与理论推理进行比较验证,并讨论了测试平台的优化方案。