CN111060198A - 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路 - Google Patents

一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111060198A
CN111060198A CN201911223181.3A CN201911223181A CN111060198A CN 111060198 A CN111060198 A CN 111060198A CN 201911223181 A CN201911223181 A CN 201911223181A CN 111060198 A CN111060198 A CN 111060198A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
nmos transistor
source
linear
geiger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911223181.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111060198B (zh
Inventor
刘马良
黎雄政
马家骥
朱樟明
杨银堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201911223181.3A priority Critical patent/CN111060198B/zh
Publication of CN111060198A publication Critical patent/CN111060198A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111060198B publication Critical patent/CN111060198B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，包括N×N个像素单元、N个外部处理电路，N×N个像素单元中每一行N个像素单元对应连接一个外部处理电路，像素单元包括偏置电压和雪崩光电二极管，偏置电压与雪崩光电二极管的阳极连接；偏置电压包括线性偏置电压和盖格模式偏置电压；像素单元还包括：线性/盖格模式选择电路，与雪崩光电二极管的阴极连接；跨阻放大器电路，与线性/盖格模式选择电路连接；门控采样电路，与跨阻放大器电路连接；外部处理电路包括：移位寄存器(SR)，与门控采样电路连接；ADC电路，与门控采样电路连接。本发明可扩展性强、可扩展性强、测量精度高。

Description

一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路。
背景技术
光电探测领域主要应用在无人驾驶汽车上，在识别红绿灯与人行斑马线时，测量出灰度信息是必要的。灰度信息有利于无人驾驶汽车对其周围进行3D建模与对象识别。
传统的基于TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)电路计数测距的单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)测距技术具有测距精度高，SPAD器件的增益极高等优点，但是由于这种电路设计中，单像素电路包含了TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)电路、计数电路等大量电路，使得单像素电路极其复杂，电路的功耗也非常高，并且这种设计方案也很难得到被测物体的灰度信息。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，包括N×N个像素单元、N个外部处理电路，所述N×N个像素单元中每一行N个像素单元对应连接一个外部处理电路，所述像素单元包括偏置电压和雪崩光电二极管，所述偏置电压与所述雪崩光电二极管的阳极连接，用于产生雪崩电流脉冲；
所述偏置电压包括线性偏置电压Vsub1和盖格模式偏置电压Vsub2；
所述像素单元还包括：线性/盖格模式选择电路，与雪崩光电二极管的阴极连接，用于选择雪崩光电二极管的工作模式；
跨阻放大器电路，与所述线性/盖格模式选择电路连接，用于根据所述雪崩电流脉冲产生脉冲电压信号；
门控采样电路，与所述跨阻放大器电路连接，用于接收来自所述跨阻放大器电路的所述脉冲电压信号；
所述外部处理电路包括：
移位寄存器SR，与所述门控采样电路连接；
ADC电路，与所述门控采样电路连接，并作为前端电路的第一输出端OUT1。
在本发明的一个实施例中，所述线性/盖革模式选择电路包括NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M7、淬火电容C2、电压源VDD、外部时钟控制信号输入端SEL0、外部时钟控制信号输入端SEL1和外部时钟控制信号输入端SEL3；
所述NMOS管M1的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL0，所述NMOS管M1的漏极连接电压源VDD，所述NMOS管M1的源极分别连接所述PMOS管M7的漏极、所述跨阻放大器电路、所述雪崩光电二极管的阴极和所述NMOS管M2的漏极；所述NMOS管M2的漏极还分别连接所述雪崩光电二极管的阴极和所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M2的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述NMOS管M2的源极连接所述淬火电容C2上极板，所述淬火电容C2的下极板接地；所述PMOS管M7的源极连接所述跨阻放大器电路，所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL3。
在本发明的一个实施例中，所述跨阻放大器电路包括反馈电阻R1、反馈电容C1和放大器I1；
所述反馈电阻R1和所述反馈电容C1并联，所述线性/盖革模式选择电路中的所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述PMOS管M7的源极连接所述反馈电阻R1的一端，所述反馈电阻R1的另一端连接所述门控采样电路和所述放大器I1的输出端，所述反馈电容C1的上极板连接所述PMOS管M7的源极，所述反馈电容C1的下极板连接所述放大器I1的输出端和所述门控采样电路，所述放大器I1的输入端连接所述PMOS管M7的漏极和所述线性/盖革模式选择电路中的NMOS管M1、NMOS管M2的源极。
在本发明的一个实施例中，所述放大器I1采用三级反向器。
在本发明的一个实施例中，所述门控采样电路包括时钟信号输入端CT、源极跟随器、NMOS管M3、NMOS管M6；
所述NMOS管M3的源极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M3的栅极连接所述时钟信号输入端CT，所述NMOS管M3的漏极连接所述源极跟随器的输入端；所述源极跟随器的输出端连接所述NMOS管M6的源极；所述NMOS管M6的栅极连接所述移位寄存器SR的输出端，所述NMOS管M6的漏极连接所述ADC电路的输入端。
在本发明的一个实施例中，所述源极跟随器包括NMOS管M4、NMOS管M5、电压源VDD和电流源偏置电压输入端VT；
所述源极跟随器通过所述NMOS管M4的栅极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M4源极连接所述电压源，所述NMOS管M4的漏极连接所述NMOS管M5的漏极，并且所述NMOS管M4的漏极还与所述NMOS管M6的源极连接；所述NMOS管M5的栅极接所述电流源偏置电压输入端VT，所述NMOS管M5的源极接地，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M4的漏极，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M6的源极。
本发明的有益效果：
本发明通过采用门控采样单像素电路的设计无需复杂的时间数字转换电路和技术电路，当雪崩光电二极管工作在线性模式时，门控采样电路与ADC电路可以同时获取被测物体的距离信息与灰度信息，使得单像素电路大大简化，扩展性强，功耗也大大降低，有效的解决了APD模式暗记数的问题，本发明还可实现对时间间隔高精度、光照强度的测量。当雪崩光电二极管工作在盖格模式时，门控采样前端电路可以获取被测物体的距离信息。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路宏像素整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路另一种宏像素整体结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路伏安特征曲线示意图；
图4是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路像素单元的电路示意图；
图5是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路线性模式下像素单元工作时序图；
图6是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路盖革模式下像素单元工作时序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1、图2，图1是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路宏像素整体结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路另一种宏像素整体结构示意图，包括N×N个像素单元、N个外部处理电路，所述N×N个像素单元中每一行N个像素单元对应连接一个外部处理电路，所述像素单元包括偏置电压和雪崩光电二极管，所述偏置电压与所述雪崩光电二极管的阳极连接，用于产生雪崩电流脉冲；
所述偏置电压包括线性偏置电压Vsub1和盖格模式偏置电压Vsub2；
所述像素单元还包括：线性/盖格模式选择电路，与雪崩光电二极管的阴极连接，用于选择雪崩光电二极管的工作模式；
跨阻放大器电路，与所述线性/盖格模式选择电路连接，用于根据所述雪崩电流脉冲产生脉冲电压信号；
门控采样电路，与所述跨阻放大器电路连接，用于接收来自所述跨阻放大器电路的所述脉冲电压信号；
所述外部处理电路包括：
移位寄存器SR，与所述门控采样电路连接；
ADC电路，与所述门控采样电路连接，并作为前端电路的第一输出端OUT1。
具体的，每个像素单元都由雪崩光电二极管(APD)、跨阻放大器电路、线性/盖格模式转换开关电路和门控采样电路组成，其中N个像素为一行，一行像素包含一个移动寄存器和一个ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)电路，移位寄存器SR使得ADC电路轮流对一行中每一个像素单元进行采样，并将得到的模拟电平信号进行转换。当像素单元处于盖革模式时，移位寄存器SR使一行N个单元输出信号轮流输出。
其中，门控采样式雪崩光电二极管测距方法不需要复杂的TDC电路与计数电路，当雪崩光电二极管处于线性模式时，利用门控采样电路与ADC(模数转换器)电路可以同时获取被测物体的距离信息与灰度信息，当雪崩光电二极管处于盖格模式时，直接得到被测物体的距离信息，不过由于盖格模式时，电压不经过ADC转换，速度比线性模式要快这种设计方案使激光雷达测距芯片中单像素电路大大简化，功耗也被大大降低；当雪崩光电二极管是线性模式时，输出为模拟信号，因此不用担心盖格模式的暗记数问题。本发明还可实现对时间间隔高精度、光照强度的测量。
在本发明的一个实施例中，所述线性/盖革模式选择电路包括NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M7、淬火电容C2、电压源VDD、外部时钟控制信号输入端SEL0、外部时钟控制信号输入端SEL1和外部时钟控制信号输入端SEL3；
所述NMOS管M1的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL0，所述NMOS管M1的漏极连接电压源VDD，所述NMOS管M1的源极分别连接所述PMOS管M7的漏极、所述跨阻放大器电路、所述雪崩光电二极管的阴极和所述NMOS管M2的漏极；所述NMOS管M2的漏极还分别连接所述雪崩光电二极管的阴极和所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M2的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述NMOS管M2的源极连接所述淬火电容C2上极板，所述淬火电容C2的下极板接地；所述PMOS管M7的源极连接所述跨阻放大器电路，所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL3。
在本发明的一个实施例中，请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路像素单元的电路示意图，所述跨阻放大器电路包括反馈电阻R1、反馈电容C1和放大器I1；
所述反馈电阻R1和所述反馈电容C1并联，所述线性/盖革模式选择电路中的所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述PMOS管M7的源极连接所述反馈电阻R1的一端，所述反馈电阻R1的另一端连接所述门控采样电路和所述放大器I1的输出端，所述反馈电容C1的上极板连接所述PMOS管M7的源极，所述反馈电容C1的下极板连接所述放大器I1的输出端和所述门控采样电路，所述放大器I1的输入端连接所述PMOS管M7的漏极和所述线性/盖革模式选择电路中的NMOS管M1、NMOS管M2的源极。
需要说明的是，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路伏安特征曲线示意图，雪崩光电二极管因不同的反偏电压而工作在不同模式，当反偏电压大于雪崩击穿电压时，器件工作在盖革模式(Geiger mode)，在该模式下单个光子就可以猝发雪崩光电二极管发生雪崩而产生雪崩电流脉冲，在这个模式下，雪崩光电二极管产生雪崩电流脉冲后需要被淬火，而且单光子就可以产生雪崩电流脉冲，光照强度信息不易获取；当反偏电压较小时，器件工作在光电二极管模式，产生的反向电流和光照强度成正比；当反偏电压在雪崩击穿电压附近但小于击穿电压时，器件吸收一个光子可以激发出有限个电子空穴对，器件工作在线性模式，对光生载流子具有线性放大作用，具有有限增益。因此，线性模式时在电路上设置一个跨阻放大器电路(TIA，Trans-impedance Amplifier)，将电流信号转换成电压信号，就可以实现获取反射光的时间信息和光照强度信息。
还需要说明的是，本实施例中跨阻放大器电路的电路结构为C-TIA(CapacitiveTrans-impedance Amplifier，电容跨阻放大器)电路，这种TIA拓扑结构具有低噪声、高增益和高速的有益效果。
具体的，跨阻放大器电路对噪声特性低于电阻R1的反馈电容C1进行充电，将输入电流转换为输出电压，因此可以大大提高激光雷达接收器的灵敏度。
在本发明的一个实施例中，所述放大器I1采用三级反向器。
具体的，本实施例中三级反向器工作在放大模式，并且工作三级反向器的泄露电流小于0.1％，降低了电流的不必要损失，三级反向器的输出电压上升时间足够小，提升了电流转换效率。
更进一步地，当器件工作在盖格模式时，雪崩光电二极管阳极接盖革模式偏置电压Vsub2，盖革模式偏置电压Vsub2约为12V，NMOS管M1、NMOS管M2和PMOS管M7的控制信号通过外部时钟控制信号输入端SEL0、外部时钟控制信号输入端SEL1和外部时钟控制信号输入端SEL3输入时钟控制信号，整个盖革模式外部时钟控制信号输入端SEL3输入的时钟控制信号为高电平，使反馈电阻R1、反馈电容C1和放电器I1断开；外部时钟控制信号输入端SEL0、外部时钟控制信号输入端SEL1输入的时钟控制信号在窗口期前跳变为高电平，电压源VDD给淬火电容C2充电，进入窗口期后，外部时钟控制信号输入端SEL0输入的时钟控制信号为低电平，NMOS管M1断开；当SPAD产生脉冲电流，由于SPAD增益很大，雪崩光电二极管阳极的电压迅速降低，FD1处产生高电平，该信号经过源极跟随器，等待移位寄存器SR导通发送控制信号SEL2。
通过开关来选择线性模式时，雪崩光电二极管的阳极接线性偏置电压Vsub1，并且阴极与电压源VDD和淬火电容C2断开，与跨阻放大器相连接。通过开关选择盖格模式时，雪崩光电二极管的阳极接Vsub2阴极与电压源VDD和淬火电容导通，PMOS管M7使雪崩光电二极管处于SPAD模式下。
在本发明的一个实施例中，所述门控采样电路包括时钟信号输入端CT、源极跟随器、NMOS管M3、NMOS管M6；
所述NMOS管M3的源极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M3的栅极连接所述时钟信号输入端CT，所述NMOS管M3的漏极连接所述源极跟随器的输入端；所述源极跟随器的输出端连接所述NMOS管M6的源极；所述NMOS管M6的栅极连接所述移位寄存器SR的输出端，所述NMOS管M6的漏极连接所述ADC电路的输入端。
具体的，时钟信号控制NMOS管M3与源极跟随器对跨阻放大器电路进行采样，NMOS管M6的栅极连接移位寄存器SR，并接收来自移位寄存器SR的选通信号SEL2。
在本发明的一个实施例中，所述源极跟随器包括NMOS管M4、NMOS管M5、电压源VDD和电流源偏置电压输入端VT；
所述源极跟随器通过所述NMOS管M4的栅极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M4源极连接所述电压源，所述NMOS管M4的漏极连接所述NMOS管M5的漏极，并且所述NMOS管M4的漏极还与所述NMOS管M6的源极连接；所述NMOS管M5的栅极接所述电流源偏置电压输入端VT，所述NMOS管M5的源极接地，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M4的漏极，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M6的源极。
进一步地，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路线性模式下像素单元工作时序图，当激光发射源发射激光脉冲，在窗口期内时钟信号使门控采样电路选通，随着窗口期的移动，整个测距范围都被测量；当雪崩光电二极管接收到光子时产生雪崩电流脉冲，通过跨阻放大器电路使FD节点产生如图5的电压信号；，，图中j的大小即雪崩光电二极管产生电流的时间长短是有光脉冲的门控窗口时间宽度t决定的。由于在第n个窗口测到电压开始上升，所以被测物体的距离L＝1/2*cnt，c为光速，被测物体的灰度信息由光照强度测出，在第n窗口与第n+j个窗口中，被测电压最高值极为光照强度信息。由于ADC电路是一列像素单元共用，NMOS管M6的栅极被用来选择像素单元与ADC电路导通，此时ADC的输出端即为前端电路的输出端OUT1。
更进一步地，请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路盖革模式下像素单元工作时序图，在盖革模式中，外部时钟控制信号输入端SEL3输入的时钟控制信号为高电平，使得反馈电阻R1、反馈电容C1与反相器I1断开；外部时钟控制信号输入端SEL0和外部时钟控制信号输入端SEL1输入的时钟控制信号为脉冲控制信号，在门控窗口前外部时钟控制信号输入端SEL0和外部时钟控制信号输入端SEL1输入的时钟控制信号为高电平，电压源VDD为淬火电容C2充电；在门控窗口内，外部时钟控制信号输入端SEL0断开，雪崩光电二极管的阴极为高电平，雪崩光电二极管处于SPAD模式，可以检测光子，当检测到光子后，雪崩光电二极管的阴极被拉至低电平，反相器I1的输出端为高电平，该信号经过源极跟随器，不需要经过ADC进一步处理，可以从NMOS管M6的漏极直接输出，此时NMOS管M6的漏极即为前端电路的输出端口OUT2。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，包括N×N个像素单元、N个外部处理电路，所述N×N个像素单元中每一行N个像素单元对应连接一个外部处理电路，所述像素单元包括偏置电压和雪崩光电二极管，所述偏置电压与所述雪崩光电二极管的阳极连接，用于产生雪崩电流脉冲，其特征在于，所述偏置电压包括线性偏置电压(Vsub1)和盖格模式偏置电压(Vsub2)；
所述像素单元还包括：线性/盖格模式选择电路，与雪崩光电二极管的阴极连接，用于选择雪崩光电二极管的工作模式；
跨阻放大器电路，与所述线性/盖格模式选择电路连接，用于根据所述雪崩电流脉冲产生脉冲电压信号；
门控采样电路，与所述跨阻放大器电路连接，用于接收来自所述跨阻放大器电路的所述脉冲电压信号；
所述外部处理电路包括：
移位寄存器(SR)，与所述门控采样电路连接；
ADC电路，与所述门控采样电路连接，并作为前端电路的第一输出端OUT1。
2.根据权利要求1所述的面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，其特征在于，所述线性/盖革模式选择电路包括NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M7、淬火电容C2、电压源(VDD)、外部时钟控制信号输入端SEL0、外部时钟控制信号输入端SEL1和外部时钟控制信号输入端SEL3；
所述NMOS管M1的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL0，所述NMOS管M1的漏极连接电压源(VDD)，所述NMOS管M1的源极分别连接所述PMOS管M7的漏极、所述跨阻放大器电路、所述雪崩光电二极管的阴极和所述NMOS管M2的漏极；所述NMOS管M2的漏极还分别连接所述雪崩光电二极管的阴极和所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M2的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述NMOS管M2的源极连接所述淬火电容C2上极板，所述淬火电容C2的下极板接地；所述PMOS管M7的源极连接所述跨阻放大器电路，所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL3。
3.根据权利要求2所述的面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，其特征在于，所述跨阻放大器电路包括反馈电阻R1、反馈电容C1和放大器I1；
所述反馈电阻R1和所述反馈电容C1并联，所述线性/盖革模式选择电路中的所述PMOS管M7的栅极连接所述外部时钟控制信号输入端SEL1，所述PMOS管M7的源极连接所述反馈电阻R1的一端，所述反馈电阻R1的另一端连接所述门控采样电路和所述放大器I1的输出端，所述反馈电容C1的上极板连接所述PMOS管M7的源极，所述反馈电容C1的下极板连接所述放大器I1的输出端和所述门控采样电路，所述放大器I1的输入端连接所述PMOS管M7的漏极和所述线性/盖革模式选择电路中的NMOS管M1、NMOS管M2的源极。
4.根据权利要求3所述的面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，其特征在于，所述放大器I1采用三级反向器。
5.根据权利要求1所述的面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，其特征在于，所述门控采样电路包括时钟信号输入端(CT)、源极跟随器、NMOS管M3、NMOS管M6；
所述NMOS管M3的源极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M3的栅极连接所述时钟信号输入端(CT)，所述NMOS管M3的漏极连接所述源极跟随器的输入端；所述源极跟随器的输出端连接所述NMOS管M6的源极；所述NMOS管M6的栅极连接所述移位寄存器(SR)的输出端，所述NMOS管M6的漏极连接所述ADC电路的输入端。
6.根据权利要求5所述的面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路，其特征在于，所述源极跟随器包括NMOS管M4、NMOS管M5、电压源(VDD)和电流源偏置电压输入端(VT)；
所述源极跟随器通过所述NMOS管M4的栅极连接所述跨阻放大器电路，所述NMOS管M4源极连接所述电压源，所述NMOS管M4的漏极连接所述NMOS管M5的漏极，并且所述NMOS管M4的漏极还与所述NMOS管M6的源极连接；所述NMOS管M5的栅极接所述电流源偏置电压输入端(VT)，所述NMOS管M5的源极接地，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M4的漏极，所述NMOS管M5的漏极连接所述NMOS管M6的源极。
CN201911223181.3A 2019-12-03 2019-12-03 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路 Active CN111060198B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911223181.3A CN111060198B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911223181.3A CN111060198B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111060198A true CN111060198A (zh) 2020-04-24
CN111060198B CN111060198B (zh) 2021-07-23

Family

ID=70299545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911223181.3A Active CN111060198B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111060198B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113702947A (zh) * 2021-08-09 2021-11-26 北京一径科技有限公司 一种跨阻放大器、光接收装置及激光雷达接收器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789040A (zh) * 2010-01-27 2010-07-28 中国科学院上海技术物理研究所 盖革模式apd被动淬火与恢复集成电路的设计方法
CN102333195A (zh) * 2011-09-23 2012-01-25 东南大学 一种工作于线性模式apd阵列的主、被动成像读出电路
WO2016003451A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 The Johns Hopkins University Photodetection circuit and operating method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789040A (zh) * 2010-01-27 2010-07-28 中国科学院上海技术物理研究所 盖革模式apd被动淬火与恢复集成电路的设计方法
CN102333195A (zh) * 2011-09-23 2012-01-25 东南大学 一种工作于线性模式apd阵列的主、被动成像读出电路
WO2016003451A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 The Johns Hopkins University Photodetection circuit and operating method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHENG HAO 等: "A Linear-Array Receiver Analog Front-End Circuit for Rotating Scanner LiDAR Application", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113702947A (zh) * 2021-08-09 2021-11-26 北京一径科技有限公司 一种跨阻放大器、光接收装置及激光雷达接收器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111060198B (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6017916B2 (ja) 光検出器
JP5644294B2 (ja) 光検出器
US20240061091A1 (en) Method for measuring reflectivity of target object by using lidar, and lidar
US20140124652A1 (en) Pixel circuit with controlled capacitor discharge time of flight measurement
US8859944B2 (en) Coordinated in-pixel light detection method and apparatus
WO2020127927A1 (en) Wide-area single-photon detector with time-gating capability
CN113224090A (zh) 成像***
US20210092275A1 (en) Imaging devices with single-photon avalanche diodes having sub-exposures for high dynamic range
US10531024B2 (en) Pixel for use with light having wide intensity range
Incoronato et al. Single-shot pulsed-lidar spad sensor with on-chip peak detection for background rejection
CN111060198B (zh) 一种面向激光雷达线性/盖格模式兼容门控采样前端电路
Ouh et al. Dual-mode, in-pixel linear and single-photon avalanche diode readout for low-light dynamic range extension in photodetector arrays
EP3657205A1 (en) Cmos image sensor for direct time of flight measurement
CN111048540B (zh) 一种门控式像素单元以及3d图像传感器
CN111337147B (zh) 一种像素级激光脉冲检测与测量电路
CN212486472U (zh) 一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路
CN110044479B (zh) 一种基于无时钟电流舵dac结构的硅光电倍增管
CN111464157A (zh) 一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路
Stoppa et al. A single-photon-avalanche-diode 3D imager
CN114114288B (zh) 用于激光雷达的测量电路及其测量方法、以及激光雷达
CN110888119B (zh) 一种具有复位控制的窗口信号产生和阈值计数电路
Xia et al. A novel TDC/ADC hybrid reconstruction ROIC for LiDAR
CN114137548A (zh) 光电探测装置、包括其的激光雷达及使用其的探测方法
CN219831381U (zh) 一种光接收端电路和激光雷达
CN111223883B (zh) 一种双时步光电倍增器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant