FR2992067A1

FR2992067A1 - Procede et dispositif d'ajustement de la tension de polarisation d'une photodiode spad

Info

Publication number: FR2992067A1
Application number: FR1201690A
Authority: FR
Inventors: John Brunel; Cedric Tubert
Original assignee: STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
Current assignee: STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-12-20
Also published as: US9190552B2; US20130334411A1

Abstract

L'invention concerne un procédé d'ajustement d'une tension de polarisation d'une photodiode SPAD, comprenant des étapes consistant successivement à : appliquer à la photodiode une première tension de polarisation de test (Vb - Vst1) inférieure à une tension de polarisation normale (Vb) appliquée à la photodiode dans un mode de fonctionnement normal, soumettre la photodiode à des photons, relever un premier signal de déclenchement en avalanche de la photodiode (CNT1), appliquer à la photodiode une seconde tension de polarisation de test (Vb - Vst2), différente de la première tension de polarisation de test, soumettre la photodiode à des photons, relever un second signal de déclenchement en avalanche de la photodiode (CNT2), augmenter la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode ne s'est pas déclenchée en avalanche, et diminuer la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode s'est déclenchée en avalanche.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'AJUSTEMENT DE LA TENSION DE POLARISATION D'UNE PHOTODIODE SPAD La présente invention concerne les photodétecteurs, et en particulier les photodiodes à avalanche à unique photon SPAD (Single Photon Avalanche Diode). Les photodétecteurs capables de détecter un seul photon sont utilisés 5 dans de nombreuses applications comme la détection d'objet et la mesure de distance, l'analyse d'ADN ou de protéines, la spectroscopie à résolution dans le temps (time-resolved spectroscopy) telle que la spectroscopie à corrélation de fluorescence et l'imagerie de durée de fluorescence (fluorescence life-time imaging), et l'inspection de circuits intégrés à haute 10 densité VLSI. La mesure de distance peut être effectuée sur la base d'un temps de propagation d'un faisceau de photons émis sous forme d'impulsions et réfléchi sur l'objet. Il est connu d'utiliser des photodiodes comme élément de détection et de mesure de distance, en exploitant un phénomène d'avalanche qui peut se 15 produire dans la jonction PN de photodiodes. Un phénomène d'avalanche peut se déclencher dans une jonction PN de diode lorsque la diode est polarisée en inverse aux environs de la tension de claquage de la jonction. Ce phénomène peut être exploité de deux façons dans une photodiode à avalanche. Si la photodiode à avalanche est polarisée en inverse juste en 20 dessous de la tension de claquage. La photodiode génère alors un courant électrique proportionnel à l'intensité du flux de photons reçu par la photodiode, avec un gain de quelques centaines avec un semiconducteur tel que le silicium. Pour détecter de faibles intensités de flux de photons, il est connu 25 d'utiliser des photodiodes pouvant être polarisées en inverse au dessus de la tension de claquage ("breakdown voltage"). De telles photodiodes sont appelées "diode à avalanche à unique photon" SPAD (Single Photon Avalanche Diode) ou diode fonctionnant en mode "Geiger". Chaque fois qu'une telle photodiode reçoit un photon, un phénomène d'avalanche se 30 produit dans la jonction PN de la photodiode, générant un courant relativement intense. Pour éviter une destruction de la photodiode par ce courant intense, la photodiode est connectée à un circuit d'extinction (quenching circuit) permettant d'arrêter le processus d'avalanche quelques nanosecondes après l'apparition de celui-ci. Pour effectuer une mesure de distance, il est connu d'éclairer une zone de détection avec une source lumineuse pulsée telle qu'une source laser pulsée, et de détecter des photons réfléchis par un objet présent dans la zone de détection à l'aide d'un détecteur comprenant plusieurs photodiodes SPAD, par exemple disposées selon une configuration matricielle. La distance de l'objet présent dans la zone de détection est évaluée sur la base du temps de propagation ou temps de vol TOF (Time Of Flight) entre l'instant d'émission d'une impulsion lumineuse et l'instant d'apparition d'une impulsion aux bornes d'une photodiode, résultant du déclenchement de la photodiode en avalanche. La précision de la mesure dépend notamment de la durée des impulsions lumineuses émises par la source, et plus ces impulsions sont courtes, plus la mesure peut être précise. Dans un circuit intégré de type CMOS, alimenté par une tension de l'ordre de 3 à 5 V, la polarisation en inverse des photodiodes SPAD à une tension supérieure à la tension de claquage, nécessite une tension de polarisation d'environ 14V. Une telle tension est produite par un circuit de génération de haute tension, par exemple à base de pompe de charge permettant d'élever la tension d'alimentation. Il s'avère que la tension de claquage d'une photodiode SPAD peut varier fortement d'une photodiode à une autre en fonction des conditions de fabrication des photodiodes. La tension de claquage peut également varier fortement dans le temps notamment en fonction de la température ambiante. Or la connaissance de cette tension de claquage est importante pour déterminer une tension de polarisation minimum permettant de placer une photodiode SPAD en condition de détection d'un photon. Par ailleurs, la tension de polarisation de photodiodes SPAD ne doit pas être trop élevée pour éviter de générer ce qu'on appelle un "courant d'obscurité" ("dark current") trop élevé. En outre, plus cette tension de polarisation est élevée, plus les courants de fuites dans les circuits sont importants, et plus la conception de ces circuits est délicate. Dans certaines applications, il peut être également souhaitable de 35 placer une ou plusieurs photodiodes SPAD d'un détecteur dans un état où elles ne se déclencheront pas en avalanche sous l'effet d'un photon. Or la coupure d'une haute tension telle que la tension de polarisation de photodiodes SPAD nécessite des transistors de relativement grande taille qui, en contrepartie, présentent une vitesse de commutation relativement faible. Si le détecteur comporte un grand nombre de photodiodes SPAD devant être sélectivement polarisées, il est peu envisageable d'associer un tel transistor à chaque photodiode SPAD. En revanche, la tension de polarisation appliquée à chaque photodiode SPAD peut être abaissée en dessous de la tension de claquage en utilisant des transistors de petite taille et rapides. Cette solution nécessite toutefois de connaître avec une certaine 10 précision la tension de claquage de chaque photodiode SPAD du détecteur. La figure 1 représente une courbe caractéristique de courant en fonction de la tension de polarisation d'une photodiode SPAD. La partie de cette courbe caractéristique, correspondant à une tension de polarisation négative (polarisation inverse), comporte deux parties Cl, C2, 15 respectivement avant et après la tension de claquage Vbd de la photodiode SPAD. Dans la partie Cl entre 0 V et la tension Vbd, un courant inverse sensiblement constant à une faible valeur traverse la photodiode. Dans la partie C2, au delà de la tension Vbd, le courant inverse augmente rapidement. La figure 1 représente également une portion de courbe C3 20 s'étendant à partir de la valeur du courant à la tension Vbd vers les courants négatifs et correspondant aux courants de fuite dans la photodiode SPAD. La figure 1 représente également la tension de polarisation Vhv de la photodiode SPAD, l'écart entre la tension Vhv et la tension de claquage Vbd est noté Veb. L'écart entre la tension Vhv et une tension inférieure à la 25 tension Vbd, permettant de garantir que la photodiode SPAD ne peut pas se déclencher en avalanche, est noté Vsd. L'application de l'écart de tension Vsd à la tension de polarisation Vhv permet d'empêcher que la photodiode SPAD ne se déclenche en avalanche. Pour limiter les courants de fuite et le courant d'obscurité, il est 30 souhaitable que la tension Vhv soit la plus faible possible. Pour une commutation rapide entre des états actif et inactif d'une photodiode SPAD, il est souhaitable que l'écart de tension Vsd soit le plus faible possible. Par conséquent, il est souhaitable de suivre avec une précision suffisante la tension de claquage Vbd d'une photodiode SPAD pour ajuster la tension de 35 polarisation Vhv de la photodiode. Il est également souhaitable de pouvoir effectuer un tel ajustement suffisamment fréquemment pour suivre des variations éventuelles de la tension Vbd. Des modes de réalisation concernent un procédé d'ajustement d'une tension de polarisation d'une photodiode à avalanche à unique photon SPAD, comprenant des étapes consistant successivement à: appliquer à une photodiode une première tension de polarisation de test inférieure à une tension de polarisation normale appliquée à la photodiode dans un mode de fonctionnement normal, soumettre la photodiode à des photons, relever un premier signal de déclenchement en avalanche de la photodiode, appliquer à la photodiode une seconde tension de polarisation de test, différente de la première tension de polarisation de test, soumettre la photodiode à des photons, relever un second signal de déclenchement en avalanche de la photodiode, augmenter la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode ne s'est pas déclenchée en avalanche, et diminuer la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode s'est déclenchée en avalanche. Selon un mode de réalisation, plusieurs photodiodes SPAD reçoivent la tension de polarisation normale et les première et seconde tensions de polarisation de test, et fournissent des signaux de déclenchement en avalanche, la tension de polarisation normale étant augmentée si les nombres de photodiodes soumises aux première et seconde tension de polarisation, qui se sont déclenchées en avalanche sont inférieurs à une valeur de seuil, et diminuée si ces nombres sont supérieurs ou égaux à la valeur de seuil. Selon un mode de réalisation,la valeur de seuil est fixée à 1. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de sélection dans un ensemble de photodiodes SPAD d'une ou plusieurs photodiodes devant recevoir les première et seconde tensions de polarisation de test. Selon un mode de réalisation, la sélection de photodiodes est effectuée en appliquant aux photodiodes sélectionnées les première et seconde tensions de polarisation de test et aux photodiodes non sélectionnées, les première et seconde tensions de polarisation diminuées d'une tension de désactivation.

Selon un mode de réalisation, les première et seconde tensions de polarisation de test sont choisies entre la tension de polarisation normale et la tension de polarisation normale diminuée de la tension de désactivation. Selon un mode de réalisation, la tension de désactivation est fixée à une valeur inférieure à l'écart entre des tensions minimum et maximum de claquage des photodiodes de l'ensemble de photodiodes, de sorte qu'à la tension de polarisation normale, le nombre de photodiodes inactives de l'ensemble de photodiodes, reste inférieur à une valeur de seuil. Selon un mode de réalisation, l'ajustement de la tension de polarisation normale est effectué par pas constant. Selon un mode de réalisation, l'ajustement de la tension de polarisation normale est effectué périodiquement ou lorsqu'un écart de température depuis un ajustement précédent de la tension de polarisation normale, est supérieur à une valeur de seuil de température.

Selon un mode de réalisation, la tension de désactivation est fixée à une valeur minimale pour minimiser la taille des transistors permettant de générer cette tension et l'appliquer aux photodiodes à désactiver. Des modes de réalisation concernent également un dispositif de mesure comprenant une photodiode SPAD et un circuit de polarisation fournissant à la photodiode une tension de polarisation normale dans un mode de fonctionnement normal du dispositif, le dispositif de mesure comprenant un circuit de calibration configuré pour mettre en oeuvre le procédé tel que précédemment défini. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un ensemble de photodiodes SPAD polarisées par le circuit de polarisation, et un circuit de mesure configuré pour élaborer un signal de mesure en fonction de signaux de déclenchement en avalanche issus des photodiodes de l'ensemble de photodiodes. Selon un mode de réalisation, chaque photodiode comprend une cathode recevant la tension de polarisation normale ou une tension de polarisation de test et une anode recevant une tension de désactivation non nulle si la photodiode est à désactiver, et reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance.

Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits dans ce qui suit, à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 décrite précédemment représente une courbe caractéristique d'un courant traversant une photodiode SPAD en fonction de la tension de polarisation de la photodiode, la figure 2 représente une photodiode SPAD et un circuit de polarisation et de commande de la photodiode, selon un mode de réalisation, la figure 3 représente schématiquement un dispositif d'ajustement de 10 la tension de polarisation de photodiodes SPAD, selon un mode de réalisation, la figure 4 représente une séquence d'étapes d'ajustement de la tension de polarisation d'une photodiode, selon un mode de réalisation, la figure 5 représente une courbe de répartition de tensions de 15 claquage de photodiodes issues d'une chaine de fabrication, en fonction d'un nombre de photodiodes SPAD. La figure 2 représente une photodiode SPAD et un circuit de polarisation et de commande de la photodiode. Sur la figure 2, la photodiode PHD comprend une cathode recevant une tension de polarisation Vb, et une 20 anode reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance d'extinction Rq. L'anode de la photodiode PHD est également reliée à un circuit de mesure, par exemple par l'intermédiaire d'un inverseur 11 fournissant un signal de déclenchement MS. La tension Vb est une haute tension, par exemple égale à la tension Vhv de la figure 1, supérieure (en valeur absolue) à la tension de 25 claquage Vbd de la photodiode PHD. Selon un mode de réalisation, la photodiode PHD peut être désactivée grâce à la fourniture d'une tension Vsd sur son anode. La tension Vsd peut être fournie par l'intermédiaire d'un transistor MOS, référencé PM, par exemple à canal P, comprenant une borne de grille recevant un signal 30 de commande Cmd. La tension Vsd est telle que Vb - Vsd soit inférieure à la tension de claquage Vbd de la photodiode PHD, et donc soit insuffisante pour que la photodiode puisse se déclencher en avalanche sur réception d'un photon. Un autre transistor MOS référencé NM, à canal N peut être interposé entre la résistance Rq et la masse. Le transistor NM comprend une 35 borne de grille commandée par le signal Cmd. De cette manière, lorsque le signal Cmd est à l'état bas, le transistor PM est passant et le transistor NM est bloqué. La photodiode PHD se trouve ainsi polarisée à la tension Vb -- Vsd (< Vbd) et donc désactivée. Lorsque le signal Cmd est à l'état haut, le transistor PM est bloqué et le transistor NM est passant. La photodiode PHD se trouve alors polarisée à la tension Vb (> Vbd) et donc active. La figure 3 représente un dispositif d'alimentation d'une matrice PHA de photodiodes SPAD, référencées PHD. Une telle matrice est par exemple utilisée dans un dispositif de détection ou de mesure de distance. Chaque photodiode PHD est associée à un circuit de commande tel que celui 10 représenté sur la figure 2. Les photodiodes PHD sont polarisées par une haute tension de polarisation Vb produite par un circuit de régulation de tension VRG recevant une haute tension Vhv fournie par un circuit de génération de haute tension HVC. Le circuit HVC comprend par exemple une pompe de charge pour produire la haute tension Vhv de l'ordre de 14 V, 15 à partir de la tension d'alimentation du circuit, de l'ordre de 2 à 5 V. Selon un mode de réalisation, le circuit d'alimentation comprend un circuit de calibration, comprenant un circuit de génération de tensions de calibration CVG, un circuit de contrôle LCCT, un circuit logique de comptage LGC et un circuit d'émission de photons LS couplé à la matrice PHA. Le 20 circuit CVG reçoit la tension de polarisation Vb. Durant des phases de calibration, le circuit CVG produit à partir de la tension Vb, sur commande de sélection VBS du circuit LCCT une tension de test Vc qui est fournie en tant que tension de polarisation à une ou plusieurs des photodiodes PHD de la matrice PHA. En dehors des phases de calibration, le circuit CVG fournit à la 25 matrice PHA la tension de polarisation Vb reçue du circuit VRG. Le circuit LS est configuré pour émettre sur commande du circuit LCCT des photons susceptibles d'être captés au moins par la ou les photodiodes PHD recevant la tension Vc en tant que tension de polarisation. Le circuit LCCT commande également le circuit VRG pour adapter la tension de polarisation Vb en 30 fonction d'un résultat de mesure de calibration. Le circuit LGC est configuré pour recevoir de chaque photodiode PHD de la matrice PHA le signal de déclenchement MS indiquant si la photodiode s'est déclenchée en avalanche ou pas, et déterminer un signal de mesure CNT en fonction des signaux de déclenchement MS reçus des photodiodes.

Selon un mode de réalisation, le circuit LGC est configuré pour que l'état du signal CNT dépende du résultat d'une comparaison à un seuil du nombre de photodiodes PHD de la matrice PHA fournissant un signal de déclenchement à l'état haut. A titre d'exemple, ce seuil peut être fixé par exemple à 10, 20, 50 ou 60% du nombre total de photodiodes dans la matrice PHA, selon les applications du dispositif de la figure 3. Selon un autre mode de réalisation, le circuit LGC est une simple porte logique de type OU, de sorte que le signal CNT est à l'état haut (= 1) si au moins une photodiode PHD s'est déclenchée en avalanche, c'est-à-dire si 10 au moins une photodiode fournit un signal de déclenchement à l'état haut. Le signal CNT est à l'état bas (0) si aucune photodiode PHD (active) de la matrice PHA ne s'est déclenchée en avalanche. La figure 4 représente une séquence d'étapes 51 à S9 exécutées durant une procédure de calibration exécutée par le circuit LCCT. Cette 15 procédure vise à évaluer la tension de claquage Vbd d'une ou plusieurs photodiodes PHD de la matrice par rapport à deux tensions de test Vb1 et Vb2 dérivées de la tension de polarisation Vb fournie par le circuit VRG. Si la tension de claquage Vbd des photodiodes considérées est inférieure aux deux tensions Vb1 et Vb2, il est estimé que la tension Vb est trop grande et 20 est donc diminuée d'un pas ST. Si la tension de claquage Vbd est supérieure aux deux tensions Vb1 et Vb2, il est estimé que la tension Vb est trop faible et est donc augmentée du pas ST. Si la tension de claquage Vbd est comprise entre les deux tensions Vb1 et Vb2, il est estimé que la tension Vb présente une valeur correcte et donc n'est pas modifiée. Le signal de 25 commande VBS transmis par le circuit LCCT au circuit CVG permet d'effectuer une sélection de tension de polarisation parmi les trois tensions Vb, Vb1 et Vb2. Le circuit LCCT exécute tout d'abord les étapes S1 à S5 successivement. A l'étape S1, le circuit LCCT commande le circuit CVG pour 30 qu'il génère une tension de test Vc égale à la tension Vb1 correspondant à la tension de polarisation Vb diminuée d'une première tension Vst1 (Vb1 = Vb - Vst1). La tension Vc est appliquée en tant que tension de polarisation en inverse à une ou plusieurs photodiodes PHD sélectionnées ou toutes les photodiodes de la matrice PHA. A l'étape S2, le circuit LCCT 35 déclenche une mesure par les photodiodes polarisées par la tension Vc, en commandant le circuit LS pour qu'il émette une impulsion de photons. Le circuit LCCT reçoit en réponse un premier signal de mesure CNT1 issu des photodiodes polarisées par la tension Vc. A l'étape S3, le circuit LCCT commande à nouveau le circuit CVG pour qu'il génère une tension de test Vc égale à la tension Vb2 correspondant la tension de polarisation Vb diminuée d'une seconde tension Vst2 (Vb2 = Vb - Vst2), la tension Vst2 étant supérieure à la tension Vst1. La tension Vc est appliquée en tant que tension de polarisation en inverse aux photodiodes PHD sélectionnées de la matrice PHA. A l'étape S4, le circuit LCCT déclenche une seconde mesure 10 par les photodiodes polarisées par la tension Vc, en commandant le circuit LS pour qu'il émette une impulsion de photons. Le circuit LCCT reçoit en réponse un second signal de mesure CNT2 issu des photodiodes polarisées par la tension Vc. A l'étape S5, le circuit LCCT compare le signal CNT1 à 0. Si le signal CNT1 est nul, le circuit LCCT exécute l'étape S6, sinon il exécute 15 l'étape S8. Aux étapes S6 et S8, le circuit LCCT compare le signal CNT2 à 0. Si le signal CNT2 est nul à l'étape S6, cela signifie que la tension de claquage Vbd des photodiodes ayant fourni les signaux CNT1 et CNT2, est compris entre les tensions de test Vb2 et Vb1, et donc que la tension de polarisation Vb est correcte. La séquence de calibration est alors terminée.

20 Si à l'étape S6 le signal CNT2 est non nul, cela signifie que la tension de claquage Vbd des photodiodes ayant fourni les signaux CNT1 et CNT2, est supérieure aux deux tensions Vb1 et Vb2, et donc que la tension de polarisation Vb est trop élevée. Le circuit LCCT exécute alors l'étape S7 où il commande au circuit VRG de diminuer la tension de polarisation Vb d'un pas 25 ST, par exemple de l'ordre de 100 mV. La séquence de calibration est alors terminée. Si le signal CNT2 est nul à l'étape S8, cela signifie que la tension de claquage Vbd des photodiodes ayant fourni les signaux CNT1 et CNT2, est supérieure aux tensions de test Vb1 et Vb2, et donc que la tension de 30 polarisation Vb est trop faible. Le circuit LCCT exécute alors l'étape S9 où il commande au circuit VRG d'augmenter la tension de polarisation Vb du pas ST. La séquence de calibration est alors terminée. Si, le signal CNT2 est non nul à l'étape S8, cela signifie que la tension de claquage Vbd des photodiodes ayant fourni les signaux CNT1 et CNT2, est supérieure à la 35 tension de test Vb1 et inférieure à la tension de test Vb2, ce qui est impossible puisque Vb1 > Vb2. La procédure de calibration se termine alors avec l'émission d'un signal d'erreur. La procédure de calibration de la figure 4 pourrait donc être simplifiée en supprimant l'étape S8 qui ne sert qu'à détecter une erreur improbable. La figure 5 représente une courbe de répartition de tensions de claquage Vbd de photodiodes SPAD issues d'une chaîne de fabrication, en fonction d'un nombre de photodiodes SPAD. Cette courbe présente la forme d'une courbe de Gauss centrée sur une valeur moyenne Vbda de tension de claquage, et située entre des valeurs minimum Vbdm et maximum VdbM.

10 Toutes les photodiodes SPAD considérées ont donc une tension de claquage Vbd située entre les valeurs Vbdm et VdbM. La séquence d'étapes de la figure 4 vise à ajuster la tension de polarisation Vb à une valeur telle qu'à la tension de polarisation Vb - Vsd, la matrice PHA fournit un signal de mesure CNT nul. La tension Vb - Vsd est 15 donc inférieure ou égale à la tension Vbdm. A la tension de polarisation Vb, un nombre Nf de photodiodes de la matrice PHA restent inactives. Selon un mode de réalisation, la tension Vsd est fixée à une valeur minimale pour minimiser la taille des transistors permettant de générer cette tension et l'appliquer aux photodiodes à désactiver. La tension Vsd peut 20 ainsi être fixée à une valeur légèrement inférieure à l'écart entre les tensions VbdM et Vbdm, de sorte qu'à la tension de polarisation Vb, le nombre Nf de photodiodes inactives reste inférieur à une valeur de seuil, fixée par exemple à 10% des photodiodes de la matrice PHA. Selon un mode de réalisation, les tensions Vst1 et Vst2 sont choisies 25 inférieures à Vsd de manière à ce que Vst2 - Vst1 = K.ST, K étant un coefficient supérieur à 2 et ST étant le pas d'ajustement de la tension de polarisation Vb utilisé aux étapes S7 et S9, et Vst2 > Vst1. La tension Vst2 peut être fixée à Vsd - K'.ST, K' étant un coefficient supérieur à 2. Le pas ST peut être fixé à une fraction de la tension Vsd, par exemple entre 1/10 et 30 1/20 de la tension Vsd, par exemple 1/12 de la tension Vsd. Le choix de la valeur du pas ST résulte d'un compromis entre la précision de l'ajustement de la tension Vb et le temps d'exécution de la procédure de calibration. Par exemple, la tension Vhv à partir de laquelle la tension Vb est ajustée, est fixée à 14 V, la tension de désactivation Vsd est fixée à 1,2 V, et 35 le pas ST est fixé 1/12 de la tension Vsd. La tension Vst2 peut alors être 2 99206 7 11 fixée à 800 mV (K' choisi égal à 4 si ST = 100 mV) et la tension Vst1 peut être fixée à 600 mV (K choisi égal à.4 avec ST = 100 mV). La procédure de calibration exécutée par le circuit LCCT peut être exécutée une fois lors d'une procédure de démarrage du dispositif de mesure dans lequel est intégrée la matrice PHA. En effet, il peut être supposé par exemple que la température ambiante varie peu durant une phase d'utilisation du dispositif de mesure entre un démarrage et un arrêt de ce dernier. Cette procédure peut être exécutée également d'une manière périodique, notamment pour suivre des variations de température pendant io l'utilisation du dispositif de mesure, ou bien lorsqu'un écart de température depuis une exécution précédente de la procédure de calibration, supérieur à une valeur de seuil est détecté par un capteur de température connecté au circuit LCCT. La procédure de calibration peut être exécutée simultanément avec 15 plusieurs photodiodes ou avec toutes les photodiodes de la matrice PHA. Les photodiodes non choisies pour l'exécution de la procédure de calibration sont désactivées à l'aide du signal Cmd (Figure 2) permettant de les polariser à la tension Vb - Vsd. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention 20 est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, bien que la description qui précède ait présenté un procédé d'ajustement de tension appliqué à une matrice de photodiodes SPAD, ce procédé s'applique également à un dispositif de mesure ne comportant qu'une seule photodiode SPAD. Par ailleurs, les photodiodes du dispositif de 25 mesure ne sont pas nécessairement réparties suivant une configuration matricielle, mais peuvent être disposées suivant toute autre configuration.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'ajustement d'une tension de polarisation d'une photodiode à avalanche à unique photon SPAD, comprenant des étapes consistant successivement à : appliquer à une photodiode (PHD) une première tension de polarisation de test (Vb1) inférieure à une tension de polarisation normale (Vb) appliquée à la photodiode dans un mode de fonctionnement normal, soumettre la photodiode à des photons, relever un premier signal de déclenchement en avalanche de la photodiode (CNT1), io appliquer à la photodiode une seconde tension de polarisation de test (Vb2), différente de la première tension de polarisation de test, soumettre la photodiode à des photons, relever un second signal de déclenchement en avalanche de la photodiode (CNT2), 15 augmenter la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode ne s'est pas déclenchée en avalanche, et diminuer la tension de polarisation normale si les premier et second signaux indiquent que la photodiode s'est déclenchée en avalanche. 20
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel plusieurs photodiodes SPAD (PHD) reçoivent la tension de polarisation normale (Vb) et les première et seconde tensions de polarisation de test (Vb1, Vb2), et fournissent des signaux de déclenchement en avalanche, la tension de 25 polarisation normale étant augmentée si les nombres de photodiodes soumises aux première et seconde tension de polarisation, qui se sont déclenchées en avalanche sont inférieurs à une valeur de seuil, et diminuée si ces nombres sont supérieurs ou égaux à la valeur de seuil. 30
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur de seuil est fixée à 1.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de sélection dans un ensemble de photodiodes SPAD (PHA) d'une ou plusieurs photodiodes (PHD) devant recevoir les première et seconde tensions de polarisation de test (Vb1, Vb2).
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la sélection de photodiodes (PHD) est effectuée en appliquant aux photodiodes sélectionnées les première et seconde tensions de polarisation de test (Vb1, Vb2) et aux photodiodes non sélectionnées, les première et seconde io tensions de polarisation diminuées d'une tension de désactivation (Vsd).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les première et seconde tensions de polarisation de test (Vb1, Vb2) sont choisies entre la tension de polarisation normale (Vb) et la tension de polarisation normale 15 diminuée de la tension de désactivation (Vsd).
7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel la tension de désactivation (Vsd) est fixée à une valeur inférieure à l'écart entre des tensions minimum et maximum de claquage (Vbdm, VbdM) des 20 photodiodes de l'ensemble de photodiodes (PHA), de sorte qu'à la tension de polarisation normale (Vb), le nombre (Nf) de photodiodes inactives de l'ensemble de photodiodes, reste inférieur à une valeur de seuil.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel 25 l'ajustement de la tension de polarisation normale (Vb) est effectué par pas constant (ST).
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'ajustement de la tension de polarisation normale (Vb) est effectué 30 périodiquement ou lorsqu'un écart de température depuis un ajustement précédent de la tension de polarisation normale, est supérieur à une valeur de seuil de température.
10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel la 35 tension de désactivation (Vsd) est fixée à une valeur minimale pourminimiser la taille de transistors permettant de générer la tension de désactivation et l'appliquer aux photodiodes à désactiver.
11. Dispositif de mesure comprenant une photodiode SPAD (PHD) et un circuit de polarisation (HVC, VRG) fournissant à la photodiode une tension de polarisation normale (Vb) dans un mode de fonctionnement normal du dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de calibration (LCCT, CVG) configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 1.0 à10.
12. Dispositif selon la revendication 11, comprenant un ensemble de photodiodes SPAD (PHA) polarisées par le circuit de polarisation (HVC, VRG), et un circuit de mesure (LGC) configuré pour élaborer un signal de 15 mesure (CNT, CNT1, CNT2) en fonction de signaux de déclenchement en avalanche issus des photodiodes (PHD) de l'ensemble de photodiodes.
13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, dans lequel chaque photodiode (PHD) comprend une cathode recevant la tension de polarisation 20 normale (Vb) ou une tension de polarisation de test (Vb1, Vb2) et une anode recevant une tension de désactivation (Vsd) non nulle si la photodiode est à désactiver, et reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance (Rq).