大規(guī)模陣列SPAD淬滅電路設計.pdf

1、單光子雪崩光電二極管(Single Photo Avalanche Diode，SPAD)探測器的快速傳感和淬滅是實現(xiàn)單光子探測的關鍵前提條件。隨著SPAD研究的不斷發(fā)展，器件陣列規(guī)模不斷擴大，使得與之匹配的淬滅電路設計難度加大。而淬滅電路性能的優(yōu)劣直接影響著探測系統(tǒng)的整體性能。本文針對應用于大規(guī)模陣列SPAD探測器的淬滅電路進行了深入地研究。
　　本文在面積和功耗嚴格約束的條件下，提出了兩種應用于大規(guī)模陣列SPAD的淬滅電路設計

2、:電阻感應淬滅電路和電容感應淬滅電路。兩種電路采用相同的結構框架，結合主動、門控兩種淬滅方式，通過電阻或電容感應雪崩電流。電阻感應淬滅電路采用基于失調控制的差分放大低閾值檢測電路，打破傳統(tǒng)設計中淬滅電路的檢測閾值必須大于MOS管開啟電壓的約束，實現(xiàn)對雪崩電流的快速檢測。電容感應淬滅電路采用SPAD寄生電容感應雪崩電流，極大程度地縮減了版圖面積;同時采用反相器作為檢測電路，加快了淬滅過程，降低了系統(tǒng)功耗。
　　兩種淬滅電路都采用TS

3、MC0.35μm CMOS工藝完成仿真設計和流片驗證。兩者后仿真結果均滿足設計指標要求，可以檢測低至200μA的雪崩電流，在2ns內實現(xiàn)復位，并在5ns內輸出單光子響應脈沖供后級讀出電路處理。該結果表明，與國內外現(xiàn)有研究成果相比，本文設計的淬滅電路在復位和淬滅時間方面具有一定的優(yōu)勢。兩種電路分別通過8×8和64×64陣列規(guī)模的讀出電路系統(tǒng)進行流片驗證。芯片測試結果表明，兩種淬滅電路都可以實現(xiàn)感應并淬滅雪崩電流等功能。但是由于大陣列系統(tǒng)版