CN219890582U - 一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，包括依次相连的三极管T1镜像电路、三极管T2回路、滤波器、反向器和计数器；在雪崩二极管SPAD发生雪崩效应后，三极管T1和三极管T2组成的镜像回路给三极管T1的集电极提供一个稳定的电流从而使得三极管T1的集电极的电压增大时而阻抗也增大，从而加速了雪崩二极管SPAD的淬灭进程；当雪崩二极管SPAD两端的电压低于雪崩电压时，三极管T1的集电极的电压下降且阻抗减小并加速了雪崩二极管SPAD进入盖革模式的恢复速度，本实用新型电路减少了雪崩二极管SPAD的死区时间并提高了光子的探测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及单光子探测领域，具体设计一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路。
背景技术
单光子雪崩二极管SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管SPAD，在雪崩二极管SPAD的两侧反向施加大于击穿电压的电压时可使得雪崩二极管SPAD处于盖革模式，此时如果有光子射入则雪崩二极管SPAD会产生雪崩电流，若不对雪崩电流进行遏止则会因为雪崩电流过大导致器件的烧毁，并且需要等待漫长的淬灭时间后雪崩二极管SPAD才能继续探测光子，使得单光子探测效率低下。
现有应用中传统的电阻分压式淬灭电路在进行淬灭时采用与雪崩二极管SPAD串联分压电阻的方式，当分压电阻越大时淬灭的时间越快，但是在淬灭后与雪崩二极管SPAD串联的分压电阻越小时，雪崩二极管SPAD恢复接收光子状态的速度越快，所以传统的电阻分压式淬灭电路选择的电阻大小需要进行估算，不利于对淬灭时间的掌控，还会使得电路淬灭和恢复的时间比较长，而死区时间长则不利于对光子的高速探测，则要提高光子的探测效率则必须减少死区时间，即加快电路淬灭和恢复的速度。
因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种利用恒流源控制雪崩二极管SPAD的电流从而加快雪崩二极管SPAD的淬灭和恢复的电路。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决单光子探测的效率问题，提出了一种于单光子探测器的淬灭与恢复电路。
本实用新型方法通过下述技术方案实现的：
一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，包括三极管T1镜像电路、三极管T2回路、雪崩二极管SPAD、滤波器、反向器和计数器；
所述三极管T1镜像电路的输出端口与三极管T2回路输入端口相连用于为所述三极管T2回路提供稳定的电流；所述三极管T2回路的输出端口又分别与雪崩二极管SPAD以及滤波器相连用于控制所述雪崩二极管SPAD的淬灭和恢复；
雪崩二极管SPAD通过发生雪崩效应后产生雪崩信号，所述滤波器用于滤除雪崩信号噪声；所述反向器用于对雪崩信号的波形进行调制与整形,并输出具有平滑的雪崩信号；
所述计数器根据反相器输入的信号进行计数处理；
所述三极管T1镜像电路包括电阻R1和三极管T1，所述三极管T1镜像电路中的电阻R1的一端与三极管T1的集电极相连，所述电阻R1的另一端接入电源，所述三极管T1的发射极接地，所述三极管T1的基极与所述三极管T2回路中的三极管T2的基极相连；
所述三极管T2回路包括雪崩二极管SPAD和三极管T2,所述三极管T2的发射极接地，所述三极管T2的集电极与所述雪崩二极管SPAD的正极相连，所述雪崩二极管SPAD的负极接入电源；所述雪崩二极管SPAD的正极与所述滤波器的输入端相连。
进一步地，所述三极管T1和三极管T2均采用硅管，型号均为S8050。
进一步地，所述三极管T1的基极电流等于所述三极管T2的基极电流。
进一步地，所述雪崩二极管SPAD产生雪崩电流后，雪崩二极管SPAD正极电压减小，所述三极管T2的集电极电压增加从而使淬灭结束。
进一步地，所述电阻R1和所述雪崩二极管SPAD的负极接入同一电源。
进一步地，所述电源的电压VCC大于所述雪崩二极管SPAD的雪崩电压。
进一步地，所述滤波器采用无源带通滤波器。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型公开的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，当雪崩二极管SPAD因发生雪崩效应后产生雪崩电流从而使得三极管的集电极电压增大时，本实用新型通过两个相同的三极管T1和三极管T2组成的镜像回路给三极管T1的集电极提供一个稳定的电流从而使得三极管T1的集电极的电压增大而阻抗也增大并加速了雪崩二极管SPAD的淬灭进程，当雪崩二极管SPAD两端的电压低于雪崩电压时，三极管T1的集电极的电压下降且阻抗减小并加速了雪崩二极管SPAD进入盖革模式的恢复速度，本实用新型电路减少了雪崩二极管SPAD的死区时间并提高了光子的检测效率。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
如图1所示，一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，包括依次相连的三极管T1镜像电路、三极管T2回路、滤波器、反向器和计数器；
所述三极管T1镜像电路用于提供稳定的电流；
所述三极管T2回路用于控制所述雪崩二极管SPAD的淬灭和恢复；
所述滤波器用于滤除噪声；
所述反向器用于调制波形；
所述计数器用于对接收的光子进行计数；
其中，所述三极管T1镜像电路包括电阻R1和三极管T1，所述三极管T1镜像电路中的电阻R1的一端与三极管T1的集电极相连，所述电阻R1的另一端接入电源，所述三极管T1的发射极接地，所述三极管T1的基极与所述三极管T2回路中的三极管T2的基极相连；所述电阻R1和所述雪崩二极管SPAD的负极接入同一电源，所述电源的电压VCC大于所述雪崩二极管SPAD的雪崩电压。
其中，所述三极管T2回路包括雪崩二极管SPAD和三极管T2,所述三极管T2的发射极接地，所述三极管T2的集电极与所述雪崩二极管SPADSPAD的正极相连，所述雪崩二极管SPAD的负极接入电源；所述雪崩二极管SPAD的正极与所述滤波器的输入端相连。
另外，所述三极管T1和三极管T2均采用硅管，型号均为S8050。
设三极管T1的基极电流命名为IB1,三极管T1的集电极电流命名为IC1；三极管T2的基极电流命名为IB2,三极管T1的集电极电流命名为IC2；
三极管T1作为硅管，其基极电压为0.7V，当三极管的增益为β倍时，则三极管T1的干路电流IR＝IB1+IB2+IC1＝2IB1+βIB1，而β的值一般远大于2，则IR≈IC1；因为三极管T1的基极与三极管T2的基极相连，则IC1≈IC2；
三极管T2的集电极电流IC2的计算公式可表达为：
IC2＝IR＝(VCC-0.7)/R；(1)
由上述公式(1)可知，三极管T2的集电极电流IC2主要与三极管T1镜像电路的电阻R1值有关，即当雪崩二极管SPAD因发生雪崩效应后产生雪崩电流从而使得三极管T2的集电极电压增大时，三极管T2的集电极电流不会发生变化，使得三极管T2回路的阻抗也增大，从而加速了雪崩二极管SPAD的淬灭进程。
当雪崩二极管SPAD两端的电压低于雪崩电压时，三极管T1的集电极的电压下降，三极管T2的集电极电流不会发生变化，使得三极管T2回路的阻抗减小，加速了雪崩二极管SPAD进入盖革模式的恢复速度，减少了雪崩二极管SPAD的死区时间。
雪崩二极管SPAD因发生雪崩效应后产生雪崩信号进入所述滤波器，所述滤波器采用无源带通滤波器，可以滤除雪崩信号的噪声。
无源带通滤波器输出过滤噪声后的雪崩信号进入反相器，所述反相器可以对雪崩信号的波形进行调制与整形,并输出具有平滑的雪崩信号。
所述计数器根据反相器输入的信号进行计数处理，即当雪崩二极管SPAD接收到一个光子后，输出的雪崩信号来到计数器时，计数器的值加一。
本实用新型利用了三极管的特性，通过三极管T1和三极管T2组成的镜像回路给与雪崩二极管SPAD连接的三极管T2的电流保持不变，当雪崩二极管SPAD因发生雪崩效应后可以增加三极管T2回路的阻抗，从而加速了雪崩二极管SPAD的淬灭进程；当雪崩二极管SPAD两端的电压低于雪崩电压时，可以使得三极管T2回路的阻抗减小，加速了雪崩二极管SPAD进入盖革模式的恢复速度，减少了雪崩二极管SPAD的死区时间，提高单光子探测效率。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。
Claims (8)
1.一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，包括三极管T1镜像电路、三极管T2回路、雪崩二极管SPAD、滤波器、反向器和计数器；
所述三极管T1镜像电路的输出端口与三极管T2回路输入端口相连用于为所述三极管T2回路提供稳定的电流；所述三极管T2回路的输出端口又分别与雪崩二极管SPAD以及滤波器相连用于控制所述雪崩二极管SPAD的淬灭和恢复；
雪崩二极管SPAD通过发生雪崩效应后产生雪崩信号，所述滤波器用于滤除雪崩信号噪声；所述反向器用于对雪崩信号的波形进行调制与整形,并输出具有平滑的雪崩信号；
所述计数器根据反相器输入的信号进行计数处理。
2.如权利要求1所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，
所述三极管T1镜像电路包括电阻R1和三极管T1，所述三极管T1镜像电路中的电阻R1的一端与三极管T1的集电极相连，所述电阻R1的另一端接入电源，所述三极管T1的发射极接地，所述三极管T1的基极与所述三极管T2回路中的三极管T2的基极相连；所述三极管T2回路包括雪崩二极管SPAD和三极管T2,所述三极管T2的发射极接地，所述三极管T2的集电极与所述雪崩二极管SPAD的正极相连，所述雪崩二极管SPAD的负极接入电源；所述雪崩二极管SPAD的正极与所述滤波器的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述三极管T1和三极管T2均采用硅管，型号均为S8050。
4.根据权利要求2所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述三极管T1的基极电流等于所述三极管T2的基极电流。
5.根据权利要求1所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述雪崩二极管SPAD产生雪崩电流后，雪崩二极管SPAD正极电压减小，所述三极管T2的集电极电压增加从而使淬灭结束。
6.根据权利要求2所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述电阻R1和所述雪崩二极管SPAD的负极接入同一电源。
7.根据权利要求2所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述电源的电压VCC大于所述雪崩二极管SPAD的雪崩电压。
8.根据权利要求1所述的一种基于单光子探测器的淬灭与恢复电路，其特征在于，所述滤波器采用无源带通滤波器。
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