CN115032913B - 雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型，该仿真电路包括：输入单元、雪崩触发压控开关、提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源及第一电阻；输入单元包括光子入射单元、暗计数单元及后脉冲单元，输入单元输出端连接雪崩触发压控开关正极控制端；暗计数单元输入端与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接；后脉冲单元输入端与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接；电压源与雪崩光电二极管阴极、第一电阻输入端连接；雪崩触发压控开关输入端与第一电阻输出端连接，其输出端连接雪崩光电二极管阳极，负极控制端接地。本申请仿真电路能够模拟雪崩光电二极管的光子、暗计数及后脉冲特性，提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。

Description

雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型

技术领域

本申请涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型。

背景技术

雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，有反向截止模式、线性模式和盖革模式三种工作状态。在盖革模式下，雪崩光电二极管具有较大增益，可以实现单个光子的检测，因此也可以将盖革模式下的雪崩光电二极管称为单光子雪崩光电二极管(SinglePhoton Avalanche Diode，SPAD)。

雪崩光电二极管通常会与多种***电路结合实现实际应用。为更好地设计雪崩光电二极管的***电路，比如淬灭电路，可以建立雪崩光电二极管仿真电路来模拟雪崩光电二极管的特性。

现有的雪崩光电二极管仿真电路为三开关等效电路，三个开关分别用于：入射光子触发、雪崩自持效应及防误触发，能够模拟光子触发单光子雪崩光电二极管产生雪崩电流，模拟雪崩光电二极管特性的准确率较低。

发明内容

本申请提供一种雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型，用以解决现有三开关等效电路模拟雪崩光电二极管特性的准确率较低的问题。

第一方面，本申请提供一种雪崩光电二极管仿真电路，包括：输入单元、雪崩触发压控开关、提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源以及第一电阻；

输入单元包括光子入射单元、暗计数单元及后脉冲单元，输入单元的输出端与雪崩触发压控开关的正极控制端连接；暗计数单元的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接；后脉冲单元的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接；

提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源分别与雪崩光电二极管阴极、第一电阻的输入端连接；第一电阻的输出端与雪崩触发压控开关的输入端连接；

雪崩触发压控开关的输入端与第一电阻的输出端连接；雪崩触发压控开关的输出端与雪崩光电二极管阳极连接；雪崩触发压控开关的正极控制端与输入单元的输出端连接，雪崩触发压控开关的负极控制端接地。

在一种实施场景下，暗计数单元包含暗计数产生单元及暗计数脉宽控制模块暗计数产生单元根据雪崩光电二极管阳极的电压及雪崩光电二极管阴极的电压产生暗计数并输出暗计数脉冲信号，暗计数脉宽控制模块用于对暗计数产生单元输出的暗计数脉冲信号进行控制。

在一种实施场景下，后脉冲单元包含后脉冲产生单元及后脉冲脉宽控制模块；后脉冲产生单元根据雪崩光电二极管阳极的电压及雪崩光电二极管阴极的电压产生后脉冲并输出后脉冲信号，后脉冲脉宽控制模块用于对后脉冲产生单元输出的脉冲信号进行控制。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管仿真电路还包括：防止误触发压控开关；

防止误触发压控开关的输入端分别与输入单元的输出端、雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

防止误触发压控开关的输出端接地；

防止误触发压控开关的正极控制端与雪崩光电二极管阳极连接，防止误触发压控开关的负极控制端与雪崩光电二极管阴极连接。

在一种实施场景下，输入单元还包括：第二电阻、第三电阻及第四电阻；

光子入射单元的输出端通过第二电阻分别与防止误触发压控开关的输入端、雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

暗计数单元的输出端通过第三电阻分别与防止误触发压控开关的输入端、雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

后脉冲单元的输出端通过第四电阻分别与防止误触发压控开关、雪崩触发压控开关的正极控制端连接。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管仿真电路还包括：雪崩自持效应压控开关；

雪崩自持效应压控开关的输入端分别与第一电阻的输出端、雪崩触发压控开关的输入端连接；

雪崩自持效应压控开关的输出端与雪崩光电二极管阳极连接；

雪崩自持效应压控开关的正极控制端与第一电阻的输入端连接，雪崩自持效应压控开关的负极控制端与第一电阻的输出端连接。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管仿真电路还包括：第五电阻，第五电阻的输入端与输入单元的输出端连接，第五电阻的输出端接地。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管仿真电路还包括：结电容，结电容分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管仿真电路还包括：寄生电容，寄生电容包括阳极寄生电容及阴极寄生电容；其中，阳极寄生电容分别与雪崩光电二极管阳极和衬底连接；阴极寄生电容分别与雪崩光电二极管阴极和衬底连接。

第二方面，本申请提供一种雪崩光电二极管仿真模型，包括：第一方面的雪崩光电二极管仿真电路、淬灭电路、直流信号源及模拟光子输入的脉冲信号源。

本申请提供一种雪崩光电二极管仿真电路及仿真模型。该仿真电路包括输入单元、雪崩触发压控开关、提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源以及第一电阻，其中输入单元包括光子入射单元、暗计数单元以及后脉冲单元。当输入单元输出脉冲电压时，由于该脉冲电压的电压值高于雪崩触发压控开关的电压阈值，因此可以控制雪崩触发压控开关闭合，此时电压源-第一电阻-雪崩触发压控开关这一支路为通路，实现对光子、暗计数或后脉冲的检测。本申请提供的雪崩光电二极管仿真电路不仅能够模拟光子触发雪崩电流，还可以对雪崩光电二极管的暗计数和后脉冲特性进行模拟，提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图一；

图2为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图二；

图3为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图三；

图4为本申请实施例提供的一种暗计数产生单元利用Verilog-A硬件描述语言产生暗计数的方法流程图；

图5为本申请实施例提供的一种后脉冲产生单元利用Verilog-A硬件描述语言产生后脉冲的方法流程图；

图6为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真模型示意图；

图7为本申请实施例提供的一种单个采样脉冲电压示意图；

图8为本申请实施例提供的一种单光子入射时雪崩光电二极管阴极电压示意图；

图9为本申请实施例提供的一种无光子入射时采样脉冲电压示意图；

图10为本申请实施例提供的一种有光子入射时采样脉冲电压及脉冲信号源输出的光脉冲示意图；

图11为本申请实施例提供的一种有光子入射时雪崩光电二极管阴极电压示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本申请所涉及的名词进行解释：

等效电路：基于器件的工作机理，用简单元器件搭建出来可以模拟器件工作状态的电路模块。

雪崩光电二极管是一个空间电荷区较厚的p-n结，其主要工作在反向偏置电压下，即雪崩光电二极管阴极接外加电源的正极，阳极接外加电源的负极。雪崩光电二极管有三种工作状态，分别是反向截止模式、线性模式和盖革模式。当反向偏置电压较小时，雪崩光电二极管为反向截止模式，存在较小的反向饱和电流。随着反向偏置电压的增加，雪崩光电二极管进入线性模式，电流增益较小。当反向偏置电压大于击穿电压时，雪崩光电二极管进入盖革模式，电流增益较大。在盖革模式下，雪崩光电二极管空间电荷区的场强达到临界状态。光子来临时，雪崩光电二极管内部生成光生载流子。在临界场强的激励下，光生载流子在空间电荷区内获取能量，加速移动，与晶格原子发生碰撞，从而离化出新的载流子。新的载流子在临界场强的作用下会重复此离化过程，进而发生雪崩即雪崩击穿。雪崩光电二极管在雪崩击穿后，反向电流会急剧增加。由于在盖革模式下的雪崩光电二极管具有较大的增益，因此可以实现单个光子的检测，盖革模式下的雪崩光电二极管也可以称为单光子雪崩光电二极管。

现有的雪崩光电二极管仿真电路为三开关等效电路，三个开关分别用于：入射光子触发、雪崩自持效应及防误触发，能够模拟光子触发单光子雪崩光电二极管产生雪崩电流，模拟雪崩光电二极管特性的准确率较低。

本申请实施例提供一种雪崩光电二极管仿真电路，在现有的雪崩光电二极管仿真电路中添加了暗计数单元以及后脉冲单元。暗计数单元能够模拟雪崩光电二极管的暗计数特性，后脉冲单元能够模拟雪崩光电二极管的后脉冲特性。与现有技术相比较而言，本申请不仅能够模拟雪崩光电二极管中光子触发雪崩电流，还可以模拟雪崩光电二极管的暗计数和后脉冲特性，从而提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图1为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图一，如图1所示，雪崩光电二极管仿真电路包括输入单元10、雪崩触发压控开关20、提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源30及第一电阻40。

输入单元10包括光子入射单元101、暗计数单元102及后脉冲单元103。输入单元10的输出端与雪崩触发压控开关20的正极控制端连接。

暗计数单元102的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接。

后脉冲单元103的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接。

提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源30分别与雪崩光电二极管阴极、第一电阻40的输入端连接；第一电阻40的输出端与雪崩触发压控开关20的输入端连接。

雪崩触发压控开关20的输入端与第一电阻的输出端连接；雪崩触发压控开关20的输出端与雪崩光电二极管阳极连接；雪崩触发压控开关20的正极控制端与输入单元10的输出端连接，雪崩触发压控开关20的负极控制端接地。

暗计数是指在没有光照即没有光子输入的条件下，工作在盖革模式下的雪崩光电二极管在单位时间内产生的脉冲数量。暗计数是单光子雪崩光电二极管由于器件本身的固有缺陷导致的，因此是单光子雪崩光电二极管本身存在的一种特性。暗计数单元102的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接，即图1中暗计数单元102处的A点与雪崩光电二极管阳极A处连接，暗计数单元102处A点的电压与雪崩光电二极管阴极A处的电压相同；图1中的暗计数单元102处的C点与雪崩光电二极管阴极C处连接，暗计数单元102处C点的电压与雪崩光电二极管阴极C处的电压相同，因此暗计数单元102是否产生暗计数依赖于雪崩光电二极管阳极和阴极的电压。

后脉冲是由于单光子雪崩光电二极管材料内部存在晶体缺陷和杂质，晶体缺陷和杂质会捕获自由载流子。当单光子雪崩光电二极管发生雪崩时，载流子经过晶体缺陷或杂质时可能会被捕获，经过一定时间后被释放，从而产生雪崩后的第一个脉冲，即为后脉冲。后脉冲也是单光子雪崩光电二极管本身存在的一种特性。

同理，后脉冲单元103的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接，即图1中后脉冲单元103处的A点与雪崩光电二极管阳极A处连接，二者电压相同；图1中后脉冲单元103处的C点与雪崩光电二极管阴极C处连接，二者电压相同，因此后脉冲单元103是否产生后脉冲也依赖于雪崩光电二极管阳极和阴极的电压。

需要说明的是，为简化图像，使图像更为清晰，本申请提供的附图没有将暗计数单元102处的A点、后脉冲单元103处的A点与雪崩光电二极管阳极连接起来，没有将暗计数单元102处的C点、后脉冲单元103处的C点与雪崩光电二极管阴极连接起来，而是以字母进行表示，相同的字母表示电压相同。

雪崩触发压控开关20包含正极控制端、负极控制端、输入端及输出端。其中正极控制端和负极控制端的电压差可以控制雪崩触发压控开关20的闭合和关断。当雪崩触发压控开关20闭合后，雪崩触发压控开关20的输入端和输出端会连接，形成通路。

由于雪崩触发压控开关20的负极控制端接地，因此雪崩触发压控开关20的负极电压为0。输入单元10的输出端与雪崩触发压控开关20的正极控制端连接，具体的，光子入射单元101、暗计数单元102、后脉冲单元103的输出端均分别与雪崩触发压控开关20的正极控制端连接，因此输入单元10输出的电压可以控制雪崩触发压控开关20的闭合和关断。在一种实施场景下，当输入单元10中光子入射单元101、或暗计数单元102、或后脉冲单元103输出的电压大于雪崩触发压控开关20的电压阈值时，雪崩触发压控开关20闭合，此时电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路为通路。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管的反向偏置电压低于击穿电压时，此时无论输入单元10是否输出脉冲电压，雪崩光电二极管均无法进入盖革模式，因此不会发生雪崩。

在另一种实施场景下，雪崩光电二极管的反向偏置电压高于击穿电压，光子入射单元输出脉冲电压即光脉冲，脉冲电压控制雪崩触发压控开关20闭合，电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路的电流会急剧增大，即雪崩光电二极管发生雪崩。

由于光子入射单元101、暗计数单元102、后脉冲单元103均可以分别控制雪崩触发压控开关20的闭合和关断，因此雪崩触发压控开关20的控制电压可以由光子入射单元101输出的电压、暗计数单元102输出的电压及后脉冲单元103输出的电压通过叠加原理获得。在没有光子入射时，暗计数单元输出的脉冲与后脉冲单元输出的脉冲也可能会导致雪崩光电二极管发生雪崩。

本申请实施例提供一种雪崩光电二极管仿真电路，当光子入射单元101、或暗计数单元102，或后脉冲单元103输出脉冲电压信号时，由于该脉冲电压的电压值高于雪崩触发压控开关20的电压阈值，因此可以控制雪崩触发压控开关20闭合，此时电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路为通路，电流可以由雪崩光电二极管的阴极输入，依次经过电压源30、第一电阻40及雪崩触发压控开关20，在雪崩光电二极管阳极输出，从而实现对光子、暗计数或后脉冲的检测。由于本申请是基于等效电路对光子、暗计数及后脉冲实现检测，因此具有较好的直观性。同时本申请提供的雪崩光电二极管仿真电路不仅能够模拟光子触发雪崩电流，还可以对雪崩光电二极管的暗计数和后脉冲特性进行模拟，提高了与雪崩光电二极管特性的相关性，从而提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。

图2为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图二，如图2所示，在上述实施例的基础上，雪崩光电二极管仿真电路还包括：防止误触发压控开关50、雪崩自持效应压控开关60。

防止误触发压控开关50的输入端分别与输入单元10的输出端、雪崩触发压控开关20的正极控制端连接。防止误触发压控开关50的输出端接地。防止误触发压控开关50的正极控制端与雪崩光电二极管阳极连接，防止误触发压控开关50的负极控制端与雪崩光电二极管阴极连接。

由于防止误触发压控开关50的正极控制端与雪崩光电二极管阳极连接，负极控制端与雪崩光电二极管阴极连接，因此防止误触发压控开关50的控制电压为雪崩光电二极管阳极和阴极的电压差。雪崩光电二极管阳极和阴极的电压差即为反向偏置电压。

在一种实施场景下，防止误触发压控开关50的电压阈值可以是击穿电压。当雪崩光电二极管阳极和阴极的电压差小于雪崩光电二极管的击穿电压时，防止误触发压控开关50处于闭合状态，此时防止误触发压控开关50两端的电压为0。由于防止误触发压控开关50两端的电压差为雪崩触发压控开关20的控制电压，使得雪崩触发压控开关20两端的电压也为0，该控制电压低于雪崩触发压控开关20的电压阈值，因此输入单元10是否输出脉冲电压，雪崩触发压控开关20均处于关断状态，使雪崩光电二极管仿真电路无法工作在盖革模式下，从而避免雪崩光电二极管没有工作在盖革模式下的误触发情况。

在另一种实施场景下，雪崩光电二极管阳极和阴极的电压差大于雪崩光电二极管的击穿电压，此时防止误触发压控开关50断开，输入单元10输出的脉冲电压则会控制雪崩触发压控开关20闭合，进而产生雪崩。

由于雪崩光电二极管两端的反向偏置电压高于击穿电压，因此雪崩光电二级管的雪崩现象可以一直持续，因此在雪崩光电二极管仿真电路中加入了雪崩自持效应开关60以模拟雪崩光电二极管的这一特性。

雪崩自持效应压控开关60的输入端分别与第一电阻40的输出端、雪崩触发压控开关20的输入端连接。雪崩自持效应压控开关60的输出端与雪崩光电二极管阳极连接。雪崩自持效应压控开关60的正极控制端与第一电阻40的输入端连接，雪崩自持效应压控开关60的负极控制端与第一电阻40的输出端连接。

由于雪崩自持效应压控开关60的正极控制端与第一电阻40的输入端连接，负极控制端与第一电阻40的输出端连接，因此第一电阻40两端的电压控制雪崩自持效应压控开关60的闭合和关断。

在一种实施场景下，雪崩光电二极管发生雪崩后，流经第一电阻40的电流增大，导致第一电阻40两端的电压增加，此时第一电阻40两端的电压高于雪崩自持效应压控开关60的电压阈值，雪崩自持效应压控开关60会闭合。由于雪崩自持效应压控开关60的输入端与第一电阻40的输出端连接，雪崩自持效应压控开关60的输出端与雪崩光电二极管阳极连接，此时电压源30-第一电阻40-雪崩自持效应压控开关60这一支路为通路，雪崩过程会一直持续，仅有当雪崩自持效应开关关断才可以停止雪崩过程。

可选地，可以通过淬灭电路实现雪崩自持效应开关的关断。

由于雪崩光电二极管的p-n结存在电容效应，因此雪崩光电二极管仿真电路还可以包括结电容70，结电容70分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接，因此结电容70两端的电压即为雪崩光电二极管阳极和阴极之间的电压差。

除结电容70外，雪崩光电二极管还可以包括寄生电容，寄生电容包括阴极寄生电容80和阳极寄生电容90。其中，阳极寄生电容90分别与雪崩光电二极管阳极和衬底连接；阴极寄生电容80分别与雪崩光电二极管阴极和衬底连接。通常情况下，衬底会接地。

由于雪崩光电二极管在交流信号作用下才会表现出的电容效应，因此结电容70、阳极寄生电容90和阴极寄生电容80的充放电过程可以模拟雪崩光电二极管的交流特性。

本申请实施例提供一种雪崩光电二极管仿真电路，还包括防止误触发压控开关50和雪崩自持效应压控开关60。其中，雪崩光电二极管阴极和阳极的电压可以控制防止误触发压控开关50的闭合和关断。当雪崩光电二极管阴极和阳极的电压差高于击穿电压时，若输入单元10输出脉冲电压，雪崩光电二极管发生雪崩。若雪崩光电二极管阴极和阳极的电压差低于击穿电压时，防止误触发压控开关50闭合，雪崩触发压控开关20为断开状态，导致雪崩光电二极管不会发生雪崩。雪崩触发压控开关20使雪崩光电二极管仿真电路仅工作在盖革模式下，有效防止了雪崩的误触发。第一电阻40两端的电压控制雪崩自持效应压控开关60的闭合和关断。当雪崩光电二极管发生雪崩后，第一电阻40两端的电压增加，控制雪崩自持效应开关闭合，实现模拟雪崩光电二极管的雪崩现象可以一直持续这一特性，提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。同时结电容70、阴极寄生电容80和阳极寄生电容90的充放电过程可以模拟雪崩光电二极管的交流特性，进一步提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。

在上述实施例的基础上，由于暗计数单元和后脉冲单元输出的脉冲电压是一个瞬时的高压值，由于这一瞬时的高压值比较短暂，容易导致雪崩触发压控开关20识别错误。因此下面提供一个实施例，对雪崩光电二极管仿真电路中的输入单元10进行详细介绍。

图3为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真电路示意图三，如图3所示，输入单元10中的暗计数单元可以包括暗计数产生单元及暗计数脉宽控制模块。暗计数产生单元根据雪崩光电二极管阳极的电压及雪崩光电二极管阴极的电压产生暗计数并输出暗计数脉冲信号，暗计数脉宽控制模块用于对暗计数产生单元输出的暗计数脉冲信号进行控制。

暗计数单元可以利用硬件描述语言实现，举例而言，可以是Verilog-A硬件描述语言。Verilog-A硬件描述语言是一种用于描述硬件工作方式的程序语音，是对于数字硬件描述语言的扩展。在数字逻辑描述的基础上，可以扩展到对模拟信号和模拟电路的描述。

其中，暗计数产生单元利用Verilog-A硬件描述语言产生暗计数的过程可参考图4所示，图4为本申请实施例提供的一种暗计数产生单元利用Verilog-A硬件描述语言产生暗计数的方法流程图，具体如下：

S401：输入暗计数相关参数值，计算得到两个载流子产生的时间差。

在一种实施场景下，暗计数由载流子产生率和载流子触发率共同决定，一种暗计数计算方式如下：

DCR＝CGR×P_tr

其中，DCR表示暗计数，CGR为载流子产生率，P_tr为载流子触发率。

载流子产生率CGR指由于热激发或外加电场的作用下每秒单光子雪崩光电二极管耗尽层中产生的电子-空穴对数目。由于热激发或外加电场作用下产生的载流子在满足一定条件后，即使没有光子入射到雪崩光电二极管，雪崩光电二极管也会触发雪崩，产生暗计数。在盖革模式下的雪崩光电二极管的暗计数来源主要有两种：耗尽区内热载流子的产生以及带带隧穿载流子的产生，三者关系如下：

CGR＝CGR_THER+CGR_BTBT

上式中CGR为载流子产生率，CGR_THER为耗尽区内热载流子产生率，CGR_BTBT为耗尽区内带带隧穿载流子产生率。

耗尽区内热载流子产生率CGR_THER可以根据Shockley-Hall-Read(SRH)理论得到，如下所示：

式中，n_i为本征载流子浓度，p为耗尽区内空穴的浓度，n为耗尽区内电子的浓度，A_a为雪崩光电二极管有源区面积，L_D为耗尽层厚度，τ_N为电子寿命，τ_P为空穴寿命，E_t为禁带内复合中心的能量，E_i为本征费米能级，k_B是玻尔兹曼常数，T代表温度。

本征载流子浓度n_i可通过下列计算方式获得：

其中，n_i为本征载流子浓度，为空穴有效质量，/>是电子有效质量，m₀为自由电子质量，E_g是雪崩光电二极管材料的禁带宽度，k_B是玻尔兹曼常数，T代表温度。

假设耗尽层内，n＜＜n_i，p＜＜n_i，其中n为耗尽区内电子的浓度，n_i为本征载流子浓度，p为耗尽区内空穴的浓度，此时上述耗尽区内热载流子产生率CGR_THER的计算公式可简化为：

其中，CGR_THER是耗尽区内热载流子产生率，τ_e是电子在复合中心的寿命，τ_h是空穴在复合中心的寿命。式中，n_i为本征载流子浓度，A_a为雪崩光电二极管有源区面积，L_D为耗尽层厚度，τ_N为电子寿命，τ_P为空穴寿命，E_t为禁带内复合中心的能量，E_i为本征费米能级，k_B是玻尔兹曼常数，T代表温度。

电子在复合中心的寿命τ_e以及空穴在复合中心的寿命τ_h都可以利用下列公式进行计算：

上式中的τ_i是载流子在复合中心的寿命，可以是电子在复合中心的寿命，也可以是空穴在复合中心的寿命；N_T是复合中心密度，V_TH是载流子热速度，σ_i是载流子俘获截面面积。

其中，载流子热速度V_TH的计算公式如下：

式中，V_TH代表载流子热速度，k_B是玻尔兹曼常数，T代表温度，m^*为载流子有效质量。

通过上述过程最终可得到耗尽区内热载流子产生率CGR_THER的值。

暗计数来源除耗尽区内热载流子的产生外，还包括带带隧穿载流子的产生。当雪崩光电二极管外加电场的电场强度较大时，其内部的电子会获得较大的能量，使得电子在能带弯曲处从价带跃迁到导致，产生电子-空穴对。耗尽区内带带隧穿载流子产生率CGR_BTBT可通过下列公式计算获得：

其中，CGR_BTBT为耗尽区内带带隧穿载流子产生率，m^*为电子有效质量，h为普朗克常数，E是电场强度，E_g为禁带宽度，q是电子电量，V_r为雪崩光电二极管两端的反向偏置电压，A_a为雪崩光电二极管有源区面积。

CGR为载流子产生率，表示单位时间内产生的载流子个数。但是载流子产生率呈现泊松分布，CGR为载流子产生率的均值。

两个载流子产生的时间差以τ_c为期望值呈指数衰减分布。

在一种场景下，由于热激发导致两个载流子产生的时间差τ_c-ther可通过下列公式进行计算：

τ_c-ther＝1/CGR_THER

式中，τ_c-ther为由于热激发导致两个载流子产生的时间差，CGR_THER为耗尽区内热载流子产生率。

在另一种场景下，由于带带隧穿导致两个载流子产生的时间差τ_c-btbt可通过下列公式进行计算：

τ_c-btbt＝1/CGR_BTBT

式中，τ_c-btbt为由于带带隧穿导致两个载流子产生的时间差，CGR_BTBT为耗尽区内带带隧穿载流子产生率。

综上，为得到两个载流子产生的时间差，输入的暗计数相关参数可以包括：本征载流子浓度、耗尽区内空穴的浓度、耗尽区内电子的浓度、雪崩光电二极管有源区面积等上述公式计算耗尽区内热载流子产生率和耗尽区内带带隧穿载流子产生率所涉及到的参数，此处不再进行详细介绍。

S402：根据两个载流子产生的时间差确定仿真时间。

两个载流子产生的时间差可以是由于热激发导致两个载流子产生的时间差τ_c-ther，也可以是由于带带隧穿导致两个载流子产生的时间差τ_c-btbt。

在一种实施场景下，仿真时间可以利用exponential函数生成的服从指数分布的随机数获得，具体如下：

T＝此刻+exponential(seed,τ_c)

上式中，T为仿真时间，seed为种子值，τ_c为两个载流子产生的时间差。

S403：判断雪崩光电二极管的过偏压是否大于0。若是，执行步骤S404-S405。若否，返回步骤S402。

雪崩光电二极管内部的载流子在反向偏置电压下，并非一定能够触发雪崩，载流子触发率与雪崩光电二极管两端的过偏压有关，过偏压可以为雪崩光电二极管两端的反向偏置电压与击穿电压的差值。

S404：根据雪崩光电二极管的过偏压确定载流子触发率。

当过偏压大于0时，载流子触发率的一种计算方式如下：

式中，P_tr为载流子触发率，V_E为雪崩光电二极管的过偏压，η为数斜率的经验参数，V_br表示击穿电压。

当过偏压小于0时，载流子触发率为0，雪崩光电二极管不会发生雪崩。

S405：根据载流子触发率判断此次载流子触发是否有效。若是，执行步骤S406。若否，返回步骤S402。

在一种实施场景下，可以将载流子触发率与一个随机变量进行比较，判断此次载流子触发是否有效。载流子触发有效表明此次载流子触发会产生暗计数，载流子触发无效则表明此次载流子触发不会产生暗计数。

随机变量可以由uniform函数产生，uniform函数可产生0与1之间均匀分布的随机数，即uniform(0,1)。

S406：暗计数产生单元产生一次暗计数，返回步骤S402。

由于暗计数产生单元产生一次暗计数，输出的脉冲电压为瞬时的高压值，容易导致雪崩触发压控开关20识别错误。为获取脉宽可调的脉冲电压信号，可以添加暗计数脉宽控制模块，用于调节暗计数产生单元输出的脉冲电压的脉宽，提高了模拟雪崩光电二极管暗计数特性的准确率。

后脉冲单元包含后脉冲产生单元及后脉冲脉宽控制模块。后脉冲产生单元根据雪崩光电二极管阳极的电压及雪崩光电二极管阴极的电压产生后脉冲并输出后脉冲信号，后脉冲脉宽控制模块用于对后脉冲产生单元输出的脉冲信号进行控制。

后脉冲单元也可以利用硬件描述语言，以Verilog-A硬件描述语言为例，下面对利用Verilog-A硬件描述语言产生后脉冲的过程进行详细描述，可参考图5所示，图5为本申请实施例提供的一种后脉冲产生单元利用Verilog-A硬件描述语言产生后脉冲的方法流程图，其过程具体如下：

S501：输入后脉冲相关参数值，计算得到载流子在陷阱中的寿命。

后脉冲是雪崩脉冲产生的载流子被陷阱捕获，在雪崩结束后被释放出来触发二次雪崩的现象，因此后脉冲与前级雪崩脉冲有关。

后脉冲相关参数值包含玻尔兹曼常数、温度、活化能及指数系数因子等参数。如果前级雪崩脉冲有载流子被捕获，那么释放时间即载流子在陷阱中的寿命的期望值为：

其中，τ_trap代表载流子在陷阱中的寿命，τ₀是指数系数因子，k_B为玻尔兹曼常数，T为温度，E_a为活化能，活化能为电子陷阱能级与导带底部之间的能量差，或空穴陷阱能级与价带顶部之间的能量差。后脉冲与前级血崩脉冲的时间差以τ_trap为期望值呈现指数衰减分布。

S502：判断前级脉冲电压下降沿是否来临。若是，则执行步骤S503。若否，则返回步骤S501。

S503：判断前级雪崩脉冲形成的电流是否大于电流阈值。若是，则执行步骤S504-S505。若否，则返回步骤S502。

由于前级雪崩脉冲形成的电流越大，表示前级雪崩脉冲碰撞电离出的载流子越多，电流越大，陷阱中存在载流子的概率较大，因此可以通过前级雪崩脉冲形成的电流是否大于某一电流阈值判断陷阱中是否存在载流子。具体的，当前级脉冲形成的电流小于电流阈值时，表示陷阱中不存在载流子。

电流阈值可以根据实际情况设置，比如可以为最大电流的90％，最大电流可以是仅有光子入射、没有暗计数及后脉冲影响而形成的电流。

S504：根据载流子在陷阱中的寿命确定仿真时间。

在一种实施场景下，仿真时间可以利用exponential函数生成的服从指数分布的随机数获得，具体如下：

T＝此刻+exponential(seed,τ_trap)

上式中，T为仿真时间，seed为种子值，τ_trap为载流子在陷阱中的寿命。

S505：判断雪崩光电二极管的过偏压是否大于0。若是，执行步骤S506-S507。若否，返回步骤S502。

当雪崩光电二极管的过偏压小于0时，载流子触发率为0，此时雪崩光电二极管不会发生雪崩。

当雪崩光电二极管的过偏压大于0时，载流子触发率大于0，此时雪崩光电二极管存在发生雪崩的可能性。

S506：根据雪崩光电二极管的过偏压确定载流子触发率。

陷阱中的载流子被释放后，是否能够触发雪崩与载流子触发率有关。

在一种实施场景下，根据雪崩光电二极管的过偏压确定载流子触发率的一种计算方式可以如下：

式中，P_tr为载流子触发率，V_E为雪崩光电二极管的过偏压，η为数斜率的经验参数，V_br表示击穿电压。

S507：根据载流子触发率判断此次载流子触发是否有效。若是，执行步骤S508。若否，返回步骤S502。

在一种实施场景下，可以将载流子触发率与一个随机变量进行比较，判断此次载流子触发是否有效。载流子触发有效表明此次载流子触发会产生后脉冲，载流子触发无效则表明此次载流子触发不会产生后脉冲。

随机变量也可以由uniform函数产生，uniform函数可产生0与1之间均匀分布的随机数，即uniform(0,1)。

S508：后脉冲产生单元产生一次后脉冲，返回步骤S502。

后脉冲产生单元输出的脉冲电压也是一个瞬时的高压值，因此后脉冲产生单元也可以连接后脉冲脉宽控制模块，对后脉冲产生单元输出的脉冲电压的脉宽进行调控，避免雪崩触发压控开关20识别错误，从而提高模拟雪崩光电二极管后脉冲特性的准确率。

由于雪崩触发压控开关20的控制电压可以由光子入射单元101输出的电压、暗计数单元102输出的电压及后脉冲单元103输出的电压可以通过叠加原理获得，同时为了提高电路的安全性，避免输入单元10输出的脉冲电压过大，雪崩光电二极管仿真电路中的输入单元10还可以包括：第二电阻R₂、第三电阻R₃及第四电阻R₄；

光子入射单元101的输出端通过第二电阻R₂分别与防止误触发压控开关50的输入端、雪崩触发压控开关20的正极控制端连接；

暗计数单元102的输出端通过第三电阻R₃分别与防止误触发压控开关50的输入端、雪崩触发压控开关20的正极控制端连接；

后脉冲单元103的输出端通过第四电阻R₄分别与防止误触发压控开关50、雪崩触发压控开关20的正极控制端连接。

第二电阻R₂主要用于对光子入射单元输出的电压脉冲进行分压，避免光子入射单元所在支路的电流过高，从而提高光子入射单元101所在支路的安全性；同理，第三电阻R₃用于对暗计数单元102输出的电压脉冲进行分压，第四电阻R₄用于对后脉冲单元103输出的电压脉冲进行分压。

为进一步提高电路的安全性，雪崩光电二极管仿真电路还可以包括第五电阻R₅，第五电阻R₅的输入端与输入单元10的输出端连接，第五电阻R₅的输出端接地。第五电阻R₅可以对光子入射单元101、暗计数单元102和后脉冲单元103输出的脉冲电压进行分压。

雪崩触发压控开关20的控制电压可以由光子入射单元101输出的电压、暗计数单元102输出的电压及后脉冲单元103输出的电压通过叠加原理获得。在一种实施场景下，第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻可以采取相同的电阻值，例如可以是1kΩ。此时雪崩触发压控开关20的控制电压可通过下列公式进行确定：

V＝V_photon/4+V_DCR/4+V_APR/4

其中，V为雪崩触发压控开关20的控制电压，V_photon为光子入射单元101输出的电压，V_DCR为暗计数单元102输出的电压，V_APR为后脉冲单元103输出的电压。

通过上述公式也可知，在光子未入射时，暗计数单元102和后脉冲单元103输出的电压仍可以令雪崩触发压控开关20闭合，发生雪崩。

本申请实施例提供一种雪崩光电二极管仿真电路，暗计数单元包括暗计数产生单元和暗计数脉宽控制模块，后脉冲单元包含后脉冲产生单元和后脉冲脉宽控制模块。其中暗计数产生单元和后脉冲产生单元通过硬件描述语言实现，暗计数单元输出由于暗计数导致的脉冲电压，后脉冲产生单元输出由于后脉冲导致的脉冲电压，从而对雪崩光电二极管的暗计数和后脉冲这一特性进行模拟，提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。由于暗计数单元和后脉冲单元输出的脉冲电压是一个瞬时的高压值，容易导致雪崩触发压控开关20识别错误，暗计数脉宽控制模块则可以调控暗计数产生单元输出的脉冲电压的脉宽，后脉冲脉宽控制模块则可以调控后脉冲产生单元输出的脉冲电压的脉宽，从而使雪崩触发压控开关20能够准确识别出暗计数单元输出的脉冲电压和后脉冲单元输出的后脉冲，进一步提高了模拟雪崩光电二极管特性的准确率。第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻对输入单元10输出的电压进行分压，从而提高了电路的安全性。

由于雪崩自持效应压控开关60的控制电压为第一电阻40两端的电压，当第一电阻40两端的电压小于雪崩自持效应压控开关60的电压阈值即流经第一电阻40的电流小于某一阈值时，雪崩自持效应压控开关60才会断开。若不采取抑制措施，雪崩现象会持续发生。因此在利用雪崩光电二极管仿真电路进行仿真模拟时，为避免持续产生较大的电流，需要***电路对雪崩光电二极管进行淬灭，令雪崩光电二极管阴极和阳极两端的反向偏置电压小于击穿电压。通常可以将实现这一淬灭功能的***电路称为淬灭电路。

在上述实施例的基础上，为验证雪崩光电二极管仿真电路的合理性，下面提供一种雪崩光电二极管仿真模型，对利用雪崩光电二极管仿真电路进行仿真模拟的过程进行详细描述。

由于淬灭电路可以是被动式淬灭电路、主动式淬灭电路及门控式淬灭电路，本申请以被动式淬灭电路为例进行描述。

图6为本申请实施例提供的一种雪崩光电二极管仿真模型示意图，如图6所示，雪崩光电二极管仿真模型包括上述实施例提供的雪崩光电二极管仿真电路、淬灭电路、直流信号源VDC及模拟光子输入的脉冲信号源。

雪崩光电二极管仿真电路有四个输入输出端口，分别是光子入射单元、雪崩光电二极管阴极、雪崩光电二极管阳极及衬底，其中衬底通常接地。雪崩光电二极管仿真电路可以通过以上四个输入输出端口与淬灭电路进行搭建，从而实现雪崩光电二极管的仿真模拟。

如图6所示，直流信号源VDC的正极与淬灭电阻的输入端连接，淬灭电阻的输出端与雪崩光电二极管的阴极连接。雪崩光电二极管的阳极与采样电阻的输入端连接，采样电阻的输出端接地。

其中，由于淬灭电阻与雪崩光电二极管中的第一电阻40串联，因此当雪崩光电二极管产生雪崩时，流经第一电阻40的电流增加，流经淬灭电阻的电流也会增大，淬灭电阻两端的电压增加，而直流信号源VDC提供的电压是固定的，因此雪崩光电二极管的电压值会降低，从而实现淬灭。为实现淬灭这一功能，淬灭电阻的电阻值通常取较大值，比如可以是100kΩ。

采样电阻主要用于获取电压信号。由于雪崩光电二极管阳极输出的是电流信号，为获取电压信号，则需要通过采样电阻进行转化。采样电阻的电阻值通常取较小值，比如可以是1kΩ。

光子入射单元可以连接脉冲信号源，用于模拟光子信号。在一种实施场景下，脉冲信号源的电压为1.2V，输出的脉冲电压的周期为40μs，脉冲电压信号的宽度为200ps。

利用雪崩光电二极管仿真模型进行仿真模拟的过程可以分为三个阶段，分别是准备阶段、雪崩及淬灭阶段、恢复阶段。

其中准备阶段主要如下：设定直流信号源VDC的电压值高于雪崩光电二极管的击穿电压，此时防止误触发压控开关50断开。当脉冲信号源未输出脉冲电压信号即光子没有来临时，雪崩触发压控开关20断开，电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路为断路，因此这一支路的电流接近于0。直流信号源VDC通过淬灭电阻为结电容70、阳极寄生电容90和阴极寄生电容80充电。

雪崩及淬灭阶段具体如下：准备阶段结束后，脉冲信号输出脉冲电压信号即光子来临，或暗计数单元输出脉冲电压信号，雪崩触发压控开关20闭合，电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路导通，雪崩光电二极管发生雪崩，导致电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路的电流急剧增加。由于电流经过第一电阻40，因此第一电阻40的输入端和输出端产生电压差。第一电阻40的输入端和输出端的电压差控制雪崩自持效应压控开关60闭合。此时即使光子熄灭，输入单元10不再输出脉冲信号即雪崩触发压控开关20断开，雪崩自持效应压控开关60也会保持闭合状态，雪崩光电二极管发生的雪崩会一直持续，电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路的电流则为增加后的电流。

由于电流增加使淬灭电阻和采样电阻的两端的电压增大，且直流信号源VDC输出的电压值是固定的，因此雪崩光电二极管的阴极和阳极之间的电压减小，导致流经第一电阻40的电流减小，第一电阻40两端的电压减小。当第一电阻40两端的电压减小到雪崩自持效应压控开关60的电压阈值时，雪崩自持效应压控开关60断开，电压源30-第一电阻40-雪崩触发压控开关20这一支路也随之断开。同时在雪崩光电二极管的阴极和阳极之间的电压减小的过程中，结电容70、阳极寄生电容90和阴极寄生电容80进行放电，直至雪崩光电二极管阴极和阳极之间的电压小于击穿电压结束放电。

恢复阶段：对雪崩光电二极管发生的雪崩淬灭完成后，直流信号源会再次通过淬灭电阻向结电容70、阳极寄生电容90以及阴极寄生电容80充电，此时雪崩光电二极管仿真模型可再次探测光子。

通过采样电阻可以获取采样电阻两端的采样脉冲电压。

需要说明的是，在利用雪崩光电二极管仿真模型进行仿真模拟的过程中，雪崩光电二极管阴极和阳极之间的电压是不断变化的，且雪崩光电二极管阴极和阳极的电压会控制暗计数单元是否产生暗计数，也会控制后脉冲单元是否产生后脉冲，均会在采样脉冲电压中体现。

在一种实施场景下，当脉冲信号源输出一个周期的脉冲电压，即模拟一个光子入射时，在采样电阻获取到的单个采样脉冲电压如图7所示。由图7可知，此时采样脉冲电压的脉冲幅值为700mV。图8为单光子入射时雪崩光电二极管阴极电压示意图，如图8所示，阴极电压恢复到初始电压值所需要的时间为1μs。

在一种实施场景下，在没有光子入射时，由于暗计数和后脉冲导致雪崩光电二极管发生雪崩，此时采样脉冲电压如图9所示。由图9可知，没有光子入射时，采样电阻的采样脉冲电压的时间间隔和电压值均具有随机性。后脉冲在前级脉冲大于630mV时有可能产生。

在另一种实施场景下，有光子入射时，采样电阻的采样脉冲电压及脉冲信号源输出的光脉冲如图10所示。由图10可知，脉冲信号源每隔40μs输出一个光脉冲，即产生一个光子，相对应的，在采样电阻处每隔40μs会产生一个光脉冲，因此图10中脉冲信号源输出光脉冲的时间与采样电阻处的光脉冲产生的时间基本重合。除了有光脉冲之外，暗计数会随机产生在光脉冲之间，后脉冲在暗计数和光脉冲后均有可能发生。后脉冲与前级脉冲的时间间隔一般较短，因此后脉冲产生时间紧随在前级脉冲之后。图11为本申请实施例提供的一种有光子入射时雪崩光电二极管阴极电压示意图。由图11可知，阴极电压下降时与光脉冲、暗计数以及后脉冲相对应，暗计数和后脉冲会导致阴极电压没有足够的时间恢复至初始电压，因此暗计数和后脉冲对应的采样脉冲电压值较小。

需要说明的是，本申请实施里中涉及到的雪崩光电二极管的参数值来自4H-SiC材料。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种雪崩光电二极管仿真电路，其特征在于，包括：输入单元、雪崩触发压控开关、提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源以及第一电阻；

所述输入单元包括光子入射单元、暗计数单元及后脉冲单元，所述输入单元的输出端与所述雪崩触发压控开关的正极控制端连接；所述暗计数单元的输入端分别与雪崩光电二极管阳极、雪崩光电二极管阴极连接；所述后脉冲单元的输入端分别与所述雪崩光电二极管阳极、所述雪崩光电二极管阴极连接；

所述提供雪崩光电二极管击穿电压的电压源分别与所述雪崩光电二极管阴极、所述第一电阻的输入端连接；所述第一电阻的输出端与所述雪崩触发压控开关的输入端连接；

所述雪崩触发压控开关的输入端与所述第一电阻的输出端连接；所述雪崩触发压控开关的输出端与所述雪崩光电二极管阳极连接；所述雪崩触发压控开关的正极控制端与所述输入单元的输出端连接，所述雪崩触发压控开关的负极控制端接地。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述暗计数单元包含暗计数产生单元及暗计数脉宽控制模块；所述暗计数产生单元根据所述雪崩光电二极管阳极的电压及所述雪崩光电二极管阴极的电压产生暗计数并输出暗计数脉冲信号，所述暗计数脉宽控制模块用于对所述暗计数产生单元输出的暗计数脉冲信号进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述后脉冲单元包含后脉冲产生单元及后脉冲脉宽控制模块；所述后脉冲产生单元根据所述雪崩光电二极管阳极的电压及所述雪崩光电二极管阴极的电压产生后脉冲并输出后脉冲信号，所述后脉冲脉宽控制模块用于对所述后脉冲产生单元输出的脉冲信号进行控制。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：防止误触发压控开关；

所述防止误触发压控开关的输入端分别与所述输入单元的输出端、所述雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

所述防止误触发压控开关的输出端接地；

所述防止误触发压控开关的正极控制端与所述雪崩光电二极管阳极连接，所述防止误触发压控开关的负极控制端与所述雪崩光电二极管阴极连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述输入单元还包括：第二电阻、第三电阻及第四电阻；

所述光子入射单元的输出端通过所述第二电阻分别与所述防止误触发压控开关的输入端、所述雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

所述暗计数单元的输出端通过所述第三电阻分别与所述防止误触发压控开关的输入端、所述雪崩触发压控开关的正极控制端连接；

所述后脉冲单元的输出端通过所述第四电阻分别与所述防止误触发压控开关、所述雪崩触发压控开关的正极控制端连接。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：雪崩自持效应压控开关；

所述雪崩自持效应压控开关的输入端分别与所述第一电阻的输出端、所述雪崩触发压控开关的输入端连接；

所述雪崩自持效应压控开关的输出端与所述雪崩光电二极管阳极连接；

所述雪崩自持效应压控开关的正极控制端与所述第一电阻的输入端连接，所述雪崩自持效应压控开关的负极控制端与所述第一电阻的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：第五电阻，所述第五电阻的输入端与所述输入单元的输出端连接，所述第五电阻的输出端接地。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，还包括：结电容，所述结电容分别与所述雪崩光电二极管阳极、所述雪崩光电二极管阴极连接。

9.根据权利要求7或8所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：寄生电容，所述寄生电容包括阳极寄生电容及阴极寄生电容；其中，所述阳极寄生电容分别与所述雪崩光电二极管阳极和衬底连接；所述阴极寄生电容分别与所述雪崩光电二极管阴极和所述衬底连接。

10.一种雪崩光电二极管仿真模型，其特征在于，包括：权利要求1-9所述的雪崩光电二极管仿真电路、淬灭电路、直流信号源及模拟光子输入的脉冲信号源。