CN105357820B - 一种apd像元块输出电压四通道选择电路及其输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2×2APD像元块四通道选择电路，每个独立的APD单元包括地址选择控制电路和四通道选择电路，地址选择控制电路通过光检测产生的控制信号，与四通道选择电路开关相连，其中，每个单元的控制信号与自身的通道1连接，并分别连到2×2像元块中另外三个APD单元的通道2、通道3和通道4上。每次光照，只有像元块首地址输出控制信号有效，从而保证像元块电压依次从四个通道输出。

Description

一种APD像元块输出电压四通道选择电路及其输出方法

技术领域

本发明属于涉及雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode APD) 阵列领域，更具体地，涉及一种2×2 APD像元块输出电压四通道选择电路。

背景技术

APD阵列读取电路广泛应用于通信、成像以及测距等方面，特别是在军事领域有着重要的用途，传统的APD阵列只能进行单像素感光检测，并输出单点电压，对于多点感光和多点电压对应电压通道输出的研究极少，而多点感光接受到的光照面积更大，可以根据多个APD 单元光照情况，主动快速调整光斑位置，同时通过多点电压大小，可以对光斑位置进行微调，从而进行精确定位，所以设计一种多通道电压输出电路具有重要的意义和价值。

发明内容

针对现有技术中仅有单点电压输出的情况，使得光照位置确定不精确的问题，本申请提供的是一种2×2 APD像元块输出电压四通道选择电路，其中通过对其关键组件如选择控制电路和通道选择电路的具体结构及其设置方式进行研究和设计，实现了像元块电压依次输出，同时具备精确定位等优点，因而尤其适用于多点电压输出的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种2×2 APD 像元块输出电压四通道选择电路，其特征在于，

所述2×2 APD像元块包括四个相邻APD单元APD1、APD2、APD3、 APD4，每个所述APD单元包括地址选择控制电路和四通道选择电路，所述像元块输出电压四通道选择电路包括所述像元块中每个所述APD 单元的所述地址选择电路和每个所述APD单元的四通道选择电路；

所述地址选择控制电路用于选择出像元块中首地址，即所述APD1 的选择控制信号SEL1＝1；

所述APD1的选择控制信号SEL1与自身四通道选择电路的通道1 开关相连，与所述APD2的四通道选择电路的通道2连接，与所述APD3 的四通道选择电路的通道3连接，与所述APD4的四通道选择电路的通道4连接；

所述像元块通过所述地址选择控制电路和所述四通道选择电路实现了所述四个相邻APD单元电压的依次输出。

优选地，所述四通道选择电路包括四个电压传输通道，其中，每个电压传输通道通过开关控制；

按照本发明的另一方面，提供了一种2×2 APD像元块电压依次输出方法，其特征在于，所述2×2 APD像元块包括四个相邻APD单元 APD1、APD2、APD3、APD4，每个像素包括地址选择控制电路和四通道选择电路，所述地址选择控制电路用于选择出像元块中首地址，即所述APD1的选择控制信号SEL1＝1，所述方法包括以下步骤：

(1)当该像元块受到光照后，经过上述地址选择控制电路处理后，首地址APD1选择控制信号SEL1＝1，另外三个相邻的APD单元地址选择控制信号分别为SEL2＝0，SEL3＝0，SEL4＝0；

(2)控制所述APD1的选择控制信号SEL1与自身四通道选择电路的通道1开关相连，与所述APD2的四通道选择电路的通道2连接，与所述APD3的四通道选择电路的通道3连接，与所述APD4的四通道选择电路的通道4连接；

(3)依次输出所述2×2 APD像元块所对应的电压V1、V2、V3、V4，其大小可以根据光电二极管转换的电流来确定。

优选地，所述方法还包括，步骤(4)通过调整使得V1＝V2＝V3＝V4，来精确定位光束的位置。

总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

本发明多点电压输出接受到的光束范围更大，可以根据多点电压大小，自动调整光束位置，实现精确定位。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是电压通道开关选择信号连接图；

图3是单个开关原理图；

图4是本发明APD像素单元图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图4所示，本发明采用的APD结构包括光电二极管1、地址选择控制电路2、地址编码电路3以及地址输出电路4。当探测器工作时每个APD均处于可探测光的工作模式，即相应的光电二极管将光信号转换成电流信号，并产生一个光检测使能信号Light_EN，若检测到光电流信号，则Light_EN＝1,否则Light_EN＝0。

参看图1，一个2×2 APD像元块包括四个相邻APD单元1、2、3、 4，每个像素包括地址选择控制电路ADDR_SEL和通道选择电路 CHAN_SEL，地址选择控制电路ADDR_SEL用于选择出像元块中首地址。所述的像元块由四个相邻的APD单元构成，由于每次激光回波每次只能最多只能照射到2×2 APD(至少一个)单元上，只有相邻 4个APD有光电流输入；当该像元块受到光照后，只有首地址APD1 选择控制信号“SEL1＝1”，另外三个相邻的APD单元地址选择控制信号分别为SEL2＝0，SEL3＝0，SEL4＝0，同时未受到光照的其余所有APD单元中的地址选择控制信号SEL也均为0，当SEL＝1时，通道选择电路中的对应的开关导通，当SEL＝0时，通道选择电路中的对应的开关处于默认状态，即断开状态，因此只有受到光照的2×2 APD像元块中APD1的控制信号SEL1＝1，使得该控制信号所对应的开关导通。由于APD1的SEL1与自身通道选择电路CHAN_SEL1的通道1开关相连，与APD2的通道选择电路CHAN_SEL2的通道2连接，与APD3的通道选择电路CHAN_SEL3的通道3连接，与APD4的通道选择电路CHAN_SEL4的通道4连接，这样SEL1＝1时，APD1的通道1开关导通，通道2、3、4所对应的开关均断开，APD1电压通过通道1 输出；APD2的通道2开关导通，通道1、3、4所对应的开关均断开， APD2电压通过通道2输出；APD3的通道3开关导通，通道1、2、4 所对应的开关均断开，APD3电压通过通道3输出；APD4的通道4开关导通，通道1、2、3所对应的开关均断开，APD4电压通过通道4 输出，即受到光照的APD像元块APD1、APD2、APD3和APD4产生的电压分别通过通道1、通道2、通道3和通道4输出，依次输出电压V1、 V2、V3、V4，其大小可以根据光电二极管转换的电流来确定。通过四个输出电压的大小，可以确定光束位置，当四个电压大小相等时，实现光束位置的精确定位。与传统的单点定位相比，本发明多点电压输出接受到的光束范围更大，可以根据多点电压大小，自动调整光束位置，实现精确定位。

参看图2，每个APD单元的通道选择电路包括四个传输门，分别为TG1、TG2、TG3和TG4，传输门输入端均与该单元读取的像元电压 Pixel_Vol相连，TG1、TG2、TG3和TG4的通道选择开关分别与地址选择控制信号1st、2nd、3rd、4th连接，其中，1st控制信号为该单元自身地址选择控制信号，2nd为该单元左侧相邻单元的地址控制信号，3rd为该单元上方相邻单元地址控制信号，4th为该单元左斜上方相邻单元地址控制信号。每次光照，2x2APD像元块中只有首地址的地址选择控制信号为“1”有效，使得首地址所在单元TG1导通，电压从通道1输出，相邻单元电压分别从其他不同通道输出。

参看图3，每个通道开关包括一个反相器和一个传输门，传输门包括一个并联的NMOS管和PMOS管，其中，NMOS管栅极直接与本单元地址控制信号相连，控制信号通过一个反相器和PMOS管栅极相连，当SEL＝1时，传输门导通，信号直接通过传输门输出。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种2×2APD像元块输出电压四通道选择电路，其特征在于，

所述2×2APD像元块包括四个相邻APD单元APD1、APD2、APD3、APD4，每个所述APD单元包括地址选择控制电路和四通道选择电路，所述像元块输出电压四通道选择电路包括所述像元块中每个所述APD单元的所述地址选择电路和每个所述APD单元的四通道选择电路；所述2×2APD像元块所对应的电压V1、V2、V3、V4，通过调整光照射的位置使得V1＝V2＝V3＝V4，来精确定位光束的位置；

所述地址选择控制电路用于选择出像元块中首地址，即所述APD1的选择控制信号SEL1＝1；

所述APD1的选择控制信号SEL1与自身四通道选择电路的通道1开关相连，与所述APD2的四通道选择电路的通道2连接，与所述APD3的四通道选择电路的通道3连接，与所述APD4的四通道选择电路的通道4连接；

所述像元块通过所述地址选择控制电路和所述四通道选择电路实现了所述四个相邻APD单元电压的依次输出。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述四通道选择电路包括四个电压传输通道，其中，每个电压传输通道通过开关控制。

3.一种2×2APD像元块电压依次输出方法，其特征在于，所述2×2APD像元块包括四个相邻APD单元APD1、APD2、APD3、APD4，每个所述APD单元包括地址选择控制电路和四通道选择电路，所述地址选择控制电路用于选择出像元块中首地址，即所述APD1的选择控制信号SEL1＝1，所述方法包括以下步骤：

(1)当该像元块受到光照后，经过上述地址选择控制电路处理后，首地址APD1选择控制信号SEL1＝1，另外三个相邻的APD单元地址选择控制信号分别为SEL2＝0，SEL3＝0，SEL4＝0；

(2)控制所述APD1的选择控制信号SEL1与自身四通道选择电路的通道1开关相连，与所述APD2的四通道选择电路的通道2连接，与所述APD3的四通道选择电路的通道3连接，与所述APD4的四通道选择电路的通道4连接；

(3)依次输出所述2×2APD像元块所对应的电压V1、V2、V3、V4，其大小可以根据光电二极管转换的电流来确定，通过调整光照射的位置使得V1＝V2＝V3＝V4，来精确定位光束的位置。