[发明专利]一种低像素尺寸的单光子CMOS图像传感器像素电路

权利要求书

1.一种低像素尺寸的单光子CMOS图像传感器像素电路，其特征在于：包含淬火电路，模拟计数电路和读出电路，淬火电路一端连接模拟计数电路，模拟计数电路一端连接读出电路，所述淬火电路含有一个单光子雪崩二极管和淬火晶体管M1，所述淬火电路控制单光子雪崩二极管的工作与关闭并产生脉冲，所述模拟计数电路包含晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4，读出电路包含晶体管M5，所述晶体管M1连接晶体管M2，所述晶体管M2连接晶体管M5，所述模拟计数电路为产生的脉冲数进行计数并产生与之相对应的电压值，由两个电容之间的电荷共享来实现，具体实施中不断地对其中一个电容置位，然后重复打开关闭开关，使得另一个电容上的容值按照所设定的值改变，具体由下面的公式所示：

其中，C_p是晶体管M2和M3之间的寄生电容，C_cap是晶体管M4的电容，V_count是M4上的电压值大小，V_bias是M2外接的偏置电压；整个像素电路的NMOS晶体管为5个，单光子雪崩二极管为1个。

2.根据权利要求1所述的单光子CMOS图像传感器像素电路，其特征在于：在淬火电路里面，单光子雪崩二极管工作在盖革(Geiger)区，也就是单光子雪崩二极管两端电压高于单光子雪崩二极管本身的击穿电压，因此在单光子雪崩二极管内部形成非常高的电场强度，内部有自由电子或者由吸收光子产生的电子空穴对，单光子雪崩二极管会产生非常大的雪崩电流，这一束电流对单光子雪崩二极管的阳极寄生电容充电使得阳极电压上升到某一个电压值，从而导致单光子雪崩二极管本身产生的雪崩电流逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的单光子CMOS图像传感器像素电路，其特征在于：所述读出电路由一个源极跟随器构成，主要用于隔离V_count和后端电路，并且能够读出模拟计数电路上的电压并传给后续电路进行处理。