面向雪崩光電二極管的光子計(jì)數(shù)讀出電路設(shè)計(jì).pdf

1、在微光探測(cè)成像技術(shù)領(lǐng)域，基于單光子APD響應(yīng)的光子計(jì)數(shù)技術(shù)近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，單光子計(jì)數(shù)檢測(cè)以其高靈敏度、高信噪比和時(shí)間穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在激光雷達(dá)、光譜測(cè)量、放射探測(cè)和量子秘鑰分配等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著APD陣列規(guī)模、探測(cè)率和檢測(cè)靈敏度等指標(biāo)的不斷提高，APD陣列的非均勻性、寄生效應(yīng)和噪聲干擾等非理想因素對(duì)電路的負(fù)面影響越來(lái)越嚴(yán)重，與之相配套的ROIC讀出電路的復(fù)雜度和成本也急劇增加，嚴(yán)重限制了大規(guī)模APD陣列的應(yīng)用。<

2、br>　　本文設(shè)計(jì)了一種基于被動(dòng)采樣模式的數(shù)字式光子計(jì)數(shù)讀出電路，可與8×1GM-APD陣列混合集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍分布的光子計(jì)數(shù)。論文首先對(duì)電暈放電光子檢測(cè)原理和光子計(jì)數(shù)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行闡述，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)探測(cè)率與量程、功耗之間的平衡，綜合考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)需求和現(xiàn)有各類系統(tǒng)架構(gòu)的特點(diǎn)，提出了一種針對(duì)隨機(jī)光子檢測(cè)應(yīng)用的被動(dòng)式采樣系統(tǒng)架構(gòu)，并完成了系統(tǒng)工作時(shí)序和工作模式設(shè)計(jì)。其次，采用Modelsim仿真平臺(tái)完成了系統(tǒng)原型方案的可行性驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)

3、上，完成模塊電路設(shè)計(jì)和像素陣列布局。最后，結(jié)合芯片可測(cè)性設(shè)計(jì)要求，完成了完整ROIC系統(tǒng)的電路和版圖設(shè)計(jì)。
　　采用GSMC0.18μm CMOS工藝并通過(guò)cadence EDA工具進(jìn)行芯片電路前仿和關(guān)鍵模塊電路后仿，完成MPW芯片制備和測(cè)試驗(yàn)證。本文所設(shè)計(jì)的讀出電路工作電壓為1.8V/5V，分別為數(shù)字電路和模擬接口電路供電，陣列規(guī)模8×1，像素面積60μm×85μm。芯片測(cè)試結(jié)果表明，ROIC系統(tǒng)各模塊功能正常，系統(tǒng)的一致性達(dá)到