抑制暗计数的单光子计数电路及其抑制暗计数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子技术领域，具体涉及一种抑制暗计数的单光子计数电路及其抑制 暗计数的方法。
【背景技术】
[0002] 单光子探测技术是一种微光探测技术，在生物发光、量子通信、大气污染检测、放 射探测、天文研究、高灵敏度传感器等领域有着广泛的应用。单光子探测技术采用的光电接 收器件主要有光电倍增管、单光子雪崩二极管。在采用这些光电接收器件的单光子探测系 统中，暗计数是其重要的噪声来源，降低暗计数是单光子探测系统提高探测灵敏度的重要 手段。暗计数主要来源于热激发、隧道贯穿和掺杂缺陷处的势阱，热激发会使电子从满带跃 迀到空带，同时会在满带中产生空穴，这些电子空穴经雪崩倍增后，会产生暗计数。
[0003] 目前也有用来减少暗计数的方法，但是通常都是采用制冷技术降低光电器件的温 度来实现的，但是这对一些精密器件来说，会对发展有一定限制，这种方法会增加整个系统 的功耗、成本和体积。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种结构简单、成本低、在室温条件下能够减少暗计数的 单光子计数电路及其抑制暗计数的方法。
[0005] 本发明的抑制暗计数的单光子计数电路，包括第一 M0S管MN1、第二M0S管MN2、第三 M0S管MN3、第四M0S管MN4、第五M0S管MP1、电容C1、A/D转换器、处理器和计数器。所述第五 M0S管MP1和第一 M0S管丽1的栅极均连接信号输入端IN，第五M0S管MP1的漏极连接电源电压 VDD;所述第一 M0S管MN1的漏极与第五M0S管MP1的源极及第二M0S管的栅极相连;第一 M0S管 丽1的源极接地，第一 M0S管丽1和第五M0S管MP1构成CMOS反相器;所述电容C1的一端接电源 电压VDD，另一端接第三M0S管MN3的漏极，第三M0S管MN3的源极接第二M0S管的漏极，第二 M0S管MN2的源极接地;所述第三M0S管MN3的栅极接信号CLK;第四M0S管MN4的漏极和源极分 别接在电容C2的两端，第四M0S管MN4的栅极接复位信号RESET;第二M0S管MN2的漏极作为输 出端口 OUT 1，输出端口 OUT 1连接到A/D转换器;所述A/D转换器的输出端0UT2连接处理器U; 所述处理器的输出端0UT3连接计数器Q。
[0006] 该抑制暗计数的单光子计数电路抑制暗计数的方法，具体步骤如下：
[0007] 步骤一、搭建抑制暗计数的单光子计数电路。
[0008] 步骤二、第五M0S管MP1和第一 M0S管丽1的栅极均作为信号输入端IN，与单光子探 测系统的放大器的输出端相连接;信号输入端IN所传输的信号为雪崩脉冲，此雪崩脉冲为 光子照射到单光子雪崩二极管上的有效脉冲XI，或由于器件的不合理造成的无效脉冲X2。
[0009] 步骤三、在雪崩事件发生之前，CLK和RESET信号电平为低电平，第二M0S管MN2和第 三M0S管丽3不导通，电容C1充电至电源电压VDD。当有雪崩事件发生时，CLK信号为高电平， IN端会有雪崩脉冲XI或X2,此时雪崩脉冲经过CMOS反相器到达第二M0S管MN2,第二M0S管 丽2和第三MOS管丽3导通，电容通过第二MOS管丽2和第三MOS管丽3进行放电。电容Cl放电直 到RESET信号电平变为高电平，此时电容C1通过第四M0S管MN4将剩余电荷释放，在下一个雪 崩脉冲产生之前，将CLK和RESET信号再一次恢复到低电平，电容C1再一次充电至电源电压 VDD〇
[0010] 步骤四、第二M0S管MN2的漏极输出电压信号VI;电压信号VI的模拟电压值与电容 极板电压值成线性比例关系，而电容极板电压值与放电时间t满足关系式： -t
[0011] V{t) =,<V^\-eRC),t > 0 . vo ,t=n
[0012] 式中，VO为电容极板在t = 0时刻的电压值，V0 = VDD;R为第二MOS管MN2和第三MOS 管MN3组成的导通电阻，C为电容值;放电时间t的最大值由雪崩脉冲信号的脉冲宽度决定； 电压信号VI的模拟电压值包括有效脉冲转化的模拟电压值Y1和无效脉冲转化的模拟电压 值Y2。
[0013] 步骤五、电压信号VI输入到A/D转换器，由模拟电压值转化为数字量，数字量包括 由效脉冲转化的数字量Z1和无效脉冲转化的数字量Z2。
[0014] 步骤六、数字量输入到处理器，处理器剔除数字量Z2并保留数字量Z1，Z1作为处理 器的输出量输入到计数器。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明根据暗计数脉冲的宽度随机性，以及有效脉冲的宽度稳定性这一特点，利 用复位电路以及源跟随器将脉冲宽度转化为与宽度大小成比例的模拟电压值，再通过A/D 转换器，将模拟电压值转化为数字量;A/D转换器的输出值包括暗计数脉冲和有效脉冲的转 化值，其中包括随机变量和常量。A/D转换器的输出值传输到处理器，处理器分辨出常量和 随机变量，剔除随机变量，同时将常量输出到计数器，计数器进行计数。消除的那部分随机 变量即产生的暗计数脉冲，从而达到本发明抑制暗计数的效果。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的原理框图；
[0018] 图2为本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0020] 参照图1，抑制暗计数的单光子计数电路，包括第一 M0S管MN1、第二M0S管MN2、第三 M0S管MN3、第四M0S管MN4、第五M0S管MP1、电容C1、A/D转换器、处理器和计数器。第五M0S管 MP1和第一 M0S管MN1的栅极均连接信号输入端IN，第五M0S管MP1的漏极连接电源电压VDD; 第一 M0S管MN1的漏极与第五M0S管MP1的源极及第二M0S管的栅极相连;第一 M0S管MN1的源 极接地，第一M0S管MN1和第五M0S管MP1构成CMOS反相器；电容C1的一端接电源电压VDD，另 一端接第三M0S管MN3的漏极，第三M0S管MN3的源极接第二M0S管的漏极，第二M0S管MN2的源 极接地;第三M0S管MN3的栅极接信号CLK;第四M0S管MN4的漏极和源极分别接在电容C2的两 端，第四M0S管MN4的栅极接复位信号RESET;第二M0S管MN2的漏极作为输出端口 0UT1，输出 端口 0UT1连接到A/D转换器;A/D转换器的输出端0UT2连接处理器