[实用新型]一种APD阵列的2D、3D主动成像读出电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及光电成像技术，尤其是一种APD阵列的2D、3D主动成像读出电路。属于微电子及光电子技术领域。

背景技术

近几十年，由于电荷耦合器件(CCD)，CMOS图像传感器及红外成像器件的发展，光电成像技术在包括人们日常生活在内的诸多领域得到了广泛应用。但在要求检测极其微弱光信号的应用中，这些器件显得无能为力或者需要极低温度或低噪声电路才能满足要求。雪崩光电二极管(APD)是一种新型高灵敏光电探测与传感器件。它借助内部强电场作用产生雪崩倍增效应，因此具有很高的内部增益，并且响应速度非常快。由于这些特点，APD探测器已广泛应用于微弱信号检测、光纤通信、光电测距、星球定向和军事测控等领域。

焦平面阵列主要由探测器阵列和读出电路(ROIC)阵列组成，读出电路的作用是将探测器接收到的光信号转换成处理机可以处理的电信号（通常为一个电压信号），相当于传统APD探测器信号处理电路中的接收机。传统APD探测器信号处理电路中的接收机包含的电路模块通常比较多。如中国专利（专利公开号：CN 1384371A）提出的一种高精确度激光测距仪装置，其中包括信号接收电路、峰值保持电路、积分电路、高压电源电路等模块，且电路模块复杂，不利于集成的电路来进行信号处理。因此，设计一种简单实用的信号处理电路是解决信号处理电路与探测器集成形成大规模阵列的方法。

发明内容

本实用新型提供了一种APD阵列的2D、3D主动成像读出电路，可以通过对探测器产生的光电流信号处理产生与探测目标强度（2D）与距离（3D）相关的电压信号，并解决了信号处理电路与APD阵列集成的方式，保证耦合后单元电路出现一些意外情况（比如探测器单元短路或开路）下信号处理电路还能继续工作。

本实用新型产生强度像的基本原理就是对探测器产生的光电流积分产生电压信号，产生距离像的基本原理是通过测量激光发射时刻与遇到目标物体返回时刻的时间差（激光飞行时间，T.O.F），并通过读出电路产生大小与距离远近对应关系的电压信号得到的。

本实用新型采取的技术方案如下：一种APD阵列的2D、3D主动成像读出电路，其特征在于：设有探测器、高压保护电路、注入电路、比较器及电压保持电路，探测器输出与高压保护电路的输入连接，高压保护电路的输出与注入电路的输入连接，注入电路的输出与比较器电路的输入连接，比较器电路的输出与电压保持电路的输入连接，电压保持电路的输出连接注入电路及后续处理缓冲器电路，注入电路的输出还连接后续处理缓冲器电路，其中：

探测器系雪崩光电二极管APD，将光信号转换成电流信号，高压保护电路设有N型高压NMOS管N1，雪崩光电二极管的正极接第一偏置电压，雪崩光电二极管的负极接NMOS管N1的漏极， NMOS管N1的栅极接第二偏置电压；

注入电路设有5个N型NMOS管N2～ N6、3个P型PMOS管P1～P3及1个积分电容，NMOS管N2的栅极和漏极、NMOS管N4的栅极以及NMOS管N3的栅极连接在一起并与短路保护电路的NMOS管N1的源极连接，NMOS管N2的源极、NMOS管N5的源极以及积分电容的一端接地，NMOS管N4的漏极、NMOS管N3的漏极、PMOS管P2的源极以及PMOS管P3的源极与PMOS管P1的漏极连接在一起，为注入电路的输出信号端，PMOS管P1的源极连接复位电压，PMOS管P1的栅极和PMOS管P3的栅极分别连接第一时钟信号，NMOS管N4的源极与NMOS管N6的漏极连接，NMOS管N6的源极、NMOS管N5的漏极与NMOS管N3的源极连接在一起，NMOS管N6的栅极连接第二时钟信号，NMOS管N5的栅极连接积分信号， PMOS管P2的漏极及PMOS管P3的漏极与积分电容的另一端连接在一起；