一种应用于SPAD探测器的高计数范围的模拟计数电路的制作方法

文档序号:11146723阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种应用于SPAD探测器的高计数范围的模拟计数电路,其特征在于电路由一个计数电容C、1个电阻R和15个MOS管组成,其中NMOS管MN3和MN4,PMOS管MP6,MP7,MP8和MP9以及电阻R构成一个Cascode偏置电路,为计数电路提供偏置,同时该偏置电路还为计数电路的输出跟随器提供了一个电流源负载,保证了计数器的线性输出,该偏置电路还为限流PMOS管MP2提供了一个较高电平的偏置电压,在计数电容充电的支路上起到了一个限制导通电流过大的作用,PMOS管MP0是电荷注入管,为信号输入开关,其栅极接一个脉冲信号in,源极接电源电压VDD,其漏极与PMOS管MP1管的源极相连;MP1是隔离管,其栅极接电源电压VDD,其漏极与限流PMOS管MP2的源极接在一起;MP2为限流管,其栅极接的电压偏置由Cascode偏置电路提供,其作用是在电容充电的瞬间限制住充电电流的大小,PMOS管MP2的漏极接电容C的上极板;NMOS管MN0为一个复位开关,MN0的栅极接一个复位信号Clear,漏极接计数电容C的正极板,源极接计数电容的下极板,即GND;NMOS管MN1、MN2、MN3和MN4构成NMOS管电流镜;PMOS管MP4和MP5构成PMOS管电流镜,这两个电流镜的作用是将Cascode偏置电路的偏置电流传递到输出端out所在的支路,最终PMOS管MP4相当于跟随器PMOS管MP3的电流源负载;PMOS管MP3是电压跟随器,负责最后将计数电容上的电压信号传递到输出端out,作为计数的输出结果。

2.根据权利要求1所述的应用于SPAD探测器的高计数范围的模拟计数电路,其特征在于所述计数电路由PMOS管MP0、MP1、MP2和电容C组成。

3.一种利用权利要求1所述的应用于SPAD探测器的高计数范围的模拟计数电路进行计数的方法,其特征在于包含以下三个步骤:

一、复位阶段,复位阶段是光子探测的准备阶段,在雪崩脉冲到来之前,复位信号Clear为高电平,信号输入开关MP0处于断开状态,利用复位开关Clear将电容的原有的电荷放电到GND,以等待计数阶段的到来;

二、计数阶段,单光子雪崩二极管光电探测器开始对光信号进行探测,产生雪崩脉冲输入信号,雪崩脉冲信号in在低电平的时候,MP0是导通的,且其沟道电阻非常小,因此MP0的漏极与源极电位接近相同,为电源电压,当雪崩脉冲信号的一个上升沿到来时,由于电容的两端电压不能突变的原理,MP0两端的电压不能突变,因此MP0的栅极电压上升时,其漏极电压也随之升高,经过一个短暂的瞬间又恢复到正常状态,由于只有瞬间导通,且有限流MOS管MP2限制导通电流的大小,计数电容所获得的电荷量非常少,计数电容就在这一瞬间完成了充电并计数;

三、读出阶段,SPAD完成了对单光子信号的探测,信号输入开关MP0断开,电压跟随器MP3开始对计数电容C的上极板上的电压进行读出,通过计算即可得到SPAD在探测期间所探测到的光子数。

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