[发明专利]一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路和光电探测器

说明书

本发明提供一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路和一种光电探测器，涉及光电探测技术领域。所述电路包括：高压隔离单元、淬灭复位单元、电压比较单元、锁存单元、逻辑单元，高压隔离单元接收雪崩光电二极管产生的电流输出至淬灭复位单元；淬灭复位单元接收电流输出至电压比较单元；电压比较单元产生第一信号，锁存单元得到第二信号，逻辑单元进行逻辑运算得到第三信号和第四信号，淬灭复位单元接收第三信号进行淬灭；接收第四信号对光子电压值进行复位；计数器结合第三信号和逻辑单元其它路输入信号中的帧频信号得到计数结果。本发明读出电路，在降低读出电路功耗的同时还进一步缩减了淬灭时间，具有较高的实用性价值。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路和一种光电探测器。

背景技术

目前基于雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，缩写APD)结构的光电探测器中的读出电路主要包括光电信号接收模块、淬灭电路、时间数字转换器模块(TDC)和数据的储存与输出模块等，当雪崩光电二极管接收到光子之后产生雪崩电流，电流触发淬灭电路，同时也传给时间数字转换器用于计时，每个像素的计数完成后再通过存储模块由外部时序控制统一输出。每当读出电路完成一次光子的接收并引发雪崩电流之后，淬灭电路都需要迅速使得雪崩光电二极管退出雪崩状态，以免长时间的大电流损坏雪崩光电二极管。

淬灭电路主要分为主动淬灭与被动淬灭。被动淬灭的形式通常时间较长，因此目前更多的会采用主动淬灭的形式。主动淬灭电路在雪崩光电二极管阴极通过另一个独立的淬灭支路连接到一个固定的淬灭电平，并通过独立信号来控制导通开关，这个独立信号可以是外加的同步信号，也可以由电路内部电压检测模块产生后，通过环路反馈到淬灭支路，因此可以实现雪崩光电二极管的快速淬灭，其淬灭时间主要为外部延迟时间或者环路延迟时间，相比于被动淬灭速度大幅提升。

用外部提供的控制信号来淬灭的电路其时序同步会相对困难，不适合用于多个像素或者阵列使用，因此目前大多通过在像素内部添加反馈环路的模块化电路来实现淬灭。这种方式下淬灭时间主要为反馈环路自身的延迟，但目前的反馈环路基于数量较多的晶体管构成，电路结构较为复杂的同时，淬灭时间进一步缩减极为困难。除此之外，大尺寸的晶体管也会使得整个读出电路面积与功耗增加。因此，如何降低读出电路功耗的同时进一步缩减淬灭时间是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路和一种光电探测器，提出了一种低功耗且淬灭时间进一步缩减的读出电路技术方案。

本发明实施例第一方面提供一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路，所述读出电路包括：高压隔离单元、淬灭复位单元、电压比较单元、锁存单元、逻辑单元，所述逻辑单元包括多路输入信号；

所述高压隔离单元接收所述雪崩光电二极管阵列中雪崩光电二极管产生的电流，输出至所述淬灭复位单元；

所述淬灭复位单元接收所述电流，输出至所述电压比较单元；

所述电压比较单元将所述电流转换为对应的光子电压值，并比较所述光子电压值与参考电压值的大小关系，以产生第一信号，所述第一信号作为所述锁存单元的输入信号；

所述锁存单元对所述第一信号进行变化、锁存，得到第二信号，所述第二信号作为所述逻辑单元其中一路输入信号；

所述逻辑单元对所述第二信号以及其它路输入信号进行逻辑运算得到第三信号和第四信号，所述第三信号输出至所述淬灭复位单元和计数器，所述第四信号输出至所述淬灭复位单元；

其中，所述淬灭复位单元接收所述第三信号，对所述雪崩光电二极管进行淬灭；

所述淬灭复位单元接收所述第四信号，对所述光子电压值进行复位；

所述计数器结合所述第三信号和所述逻辑单元其它路输入信号中的帧频信号，得到计数结果。