雪崩光電二極管電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì).pdf

1、隨著光電探測(cè)器件及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)信號(hào)探測(cè)靈敏度的要求逐漸提高。基于雪崩光電二極管(AvalanchePhoto Diode，APD)探測(cè)器的激光測(cè)距成像系統(tǒng)具有感應(yīng)靈敏度高、檢測(cè)快速、系統(tǒng)集成度高、使用便捷等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、天文探測(cè)等領(lǐng)域中。接口電路作為APD探測(cè)器與讀出電路(Readout Integrated Circuit，ROIC)的橋梁，實(shí)現(xiàn)對(duì)APD電流信號(hào)的檢測(cè)功能，完成光子飛行時(shí)間的檢測(cè)，接口電路的

2、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度對(duì)APD探測(cè)有直接影響。
　　本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)InGaAs APD在兩種工作模式下的不同特性，分別設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的高性能電流檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱光感應(yīng)電流信號(hào)的檢測(cè)并輸出數(shù)字邏輯信號(hào)，兼顧功耗低和面積緊湊等要求。蓋革模式（高增益）可直接產(chǎn)生自持續(xù)數(shù)百微安級(jí)電流信號(hào)，采用電容充電將感應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。通過(guò)比較器完成狀態(tài)檢測(cè)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。針對(duì)陣列應(yīng)用中因APD反偏擊穿電壓離散偏差引起的雪崩電流不均勻的問題，在相關(guān)時(shí)

3、序控制下，采用APD IN點(diǎn)陽(yáng)極電位精細(xì)調(diào)節(jié)獲得各像素相同的APD反偏過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，最終實(shí)現(xiàn)陣列APD感應(yīng)靈敏度一致的均勻檢測(cè)。針對(duì)線性模式(低增益)APD感應(yīng)的微安級(jí)電流信號(hào)，采用RGC跨阻放大器進(jìn)行前置放大，將感應(yīng)電流放大至接近蓋革模式APD的水平，以彌補(bǔ)線性APD增益的不足。
　　基于GSMC0.18μm CMOS工藝，本文完成了1×4APD陣列蓋革模式電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)和流片驗(yàn)證，前后仿真結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。測(cè)試結(jié)果表