留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

盖革模式雪崩光电二极管的场效应管淬灭电路设计

施向东 赖晓艳

施向东, 赖晓艳. 盖革模式雪崩光电二极管的场效应管淬灭电路设计[J]. 红外技术, 2021, 43(1): 56-59,78.
引用本文: 施向东, 赖晓艳. 盖革模式雪崩光电二极管的场效应管淬灭电路设计[J]. 红外技术, 2021, 43(1): 56-59,78.
SHI Xiangdong, LAI Xiaoyan. Design of Field-Effect Transistor Quenching Circuit for Geiger-Mode Avalanche Photodiodes[J]. INFRARED TECHNOLOGY, 2021, 43(1): 56-59,78.
Citation: SHI Xiangdong, LAI Xiaoyan. Design of Field-Effect Transistor Quenching Circuit for Geiger-Mode Avalanche Photodiodes[J]. INFRARED TECHNOLOGY, 2021, 43(1): 56-59,78.

盖革模式雪崩光电二极管的场效应管淬灭电路设计

详细信息
    作者简介:

    施向东(1970-),男,洛阳人,政工师,主要研究方向为红外对射技术防范研究。E-mail: 326330715@qq.com

  • 中图分类号: TN958.98

Design of Field-Effect Transistor Quenching Circuit for Geiger-Mode Avalanche Photodiodes

  • 摘要: 雪崩光电二极管(Avalanche Photondiode,APD)是一种常用于激光探测领域的光敏元件。本文针对盖革模式雪崩光电二极管(Geiger Mode-Avalanche Photondiode,Gm-APD)工作时发生的雪崩效应,设计了一种场效应管淬灭电路(Field Effect Transistor Quenching Circuit)。首先,针对Gm-APD器件的特性建立了Gm-APD的电学模型。其次,在此模型的基础上,设计并仿真验证了场效应管淬灭电路,实现了对Gm-APD的快速淬灭。结果表明,本文设计的场效应管淬灭电路淬灭速度快、死时间短、性能较优,淬灭时间和死时间分别为21.026 ns和16.5 ns,满足激光测距成像的应用需求。
  • 图  1  APD反偏电压/电流关系图

    Figure  1.  APD inverse voltage/current diagram

    图  2  Gm-APD电学模型

    Figure  2.  Gm-APD electrical model

    图  3  Gm-APD光子触发模型仿真波形

    Figure  3.  Gm-APD photon trigger model simulation waveform

    图  4  Gm-APD被动淬灭电路原理图

    Figure  4.  Gm-APDPassive quenching circuit schematic

    图  5  Gm-APD被动淬灭电路雪崩电压变化波形图

    Figure  5.  Gm-APD passive quenching circuit avalanche voltage change waveform

    图  6  主动淬灭电路的原理图和仿真波形图

    Figure  6.  Schematic diagram and simulation waveform of active quenching circuit

    图  7  场效应管淬灭电路电路图以及等效模型

    Figure  7.  Circuit diagram and equivalent model of field effect transistor quenching circuit

    图  8  Gm-APD场效应管淬灭电路雪崩电压变化波形图

    Figure  8.  Gm-APD field effect transistor quenching circuit avalanche voltage change waveform

    表  1  淬灭时间比较

    Table  1.   Quenching time comparison

    Quenching mode Quenching time/ns Dead time/ns
    Passive quenching 1231 422.4
    Active quenching 52.2 20
    Field effect transistor quenching 21.026 16.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 王灿.面向雪崩光电二极管的光子计数读出电路设计[D].南京: 东南大学, 2017.

    WANG Can. Design of Photon Counting Readout Integrated Circuit for Avalanche Photondiode[D]. Nanjing: Southeast University, 2017.
    [2] 刘俊良, 李永富, 张春芳, 等.基于APD-PIN结电容平衡电路的门控单光子探测器[J].红外与激光工程, 2015, 44(11): 3181-3185. doi:  10.3969/j.issn.1007-2276.2015.11.003

    LIU Junliang, LI Yongfu, ZHANG Chunfang, et al. Single-photon detector based on GPQC with balanced APD-PIN junction capacitance[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(11): 3181-3185. doi:  10.3969/j.issn.1007-2276.2015.11.003
    [3] 郑丽霞.盖革模式雪崩光电二极管阵列读出电路的研究与实现[D].南京: 东南大学, 2017.

    ZHENG Lixia. Research and Implementation of GM-avalanche Photodiode Array Readout Dircuit[D]. Nanjing: Southeast University, 2017.
    [4] Haitz R H. Model for the electrical behavior of microplasma[J]. Journal of Applied Physics, 1964, 35(5): 1370-1376. doi:  10.1063/1.1713636
    [5] Haitz R H. Mechanisms contributing to the noise pulse rate of avalanche diodes[J]. Journal of Applied Physics, 1965, 36(10): 3123-3131. doi:  10.1063/1.1702936
    [6] Cova S, Longoni A, Andreoni A. Towards picoseconds resolution with single-photon avalanche diodes[J]. Review of Scientic Instruments, 1981, 52(3): 408-412. doi:  10.1063/1.1136594
    [7] R H Haitz. Model for the electrical behavior of microplasma[J]. Journal of Applied Physics, 1964, 35(5): 1370-1376. doi:  10.1063/1.1713636
    [8] Tisa S, Zappa F, Tosi A, et al. Electronics for single photon avalanche diode arrays[J]. Sensors and Actuators, 2007, 140(1): 113-122. doi:  10.1016/j.sna.2007.06.022
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  24
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  5
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-06
  • 修回日期:  2021-01-07
  • 刊出日期:  2021-01-20

目录

    /

    返回文章
    返回