本公開涉及核探測(cè)技術(shù)和核電子學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于雪崩光電二極管的傳感器及探測(cè)器。

背景技術(shù)：

高時(shí)間分辨、高量子效率同步輻射探測(cè)器是第三代光源亟待突破的重要關(guān)鍵技術(shù)之一，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)均在加大投入積極開展時(shí)間分辨探測(cè)器的研究?；谘┍拦怆姸O管(APD)的探測(cè)器可以對(duì)X射線進(jìn)行直接探測(cè)，并且在具有高計(jì)數(shù)率、高飽和度、大動(dòng)態(tài)范圍的特點(diǎn)的同時(shí)，又具有納秒級(jí)或更快的時(shí)間分辨能力。APD探測(cè)器是當(dāng)前超快X射線時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)中最常用的探測(cè)器，進(jìn)一步提高其時(shí)間分辨能力和量子效率已成為探測(cè)器領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。例如，當(dāng)APD探測(cè)器應(yīng)用于核同位素的共振非彈性散射(NRS)實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠給出核素原子與周圍配位原子相互作用的動(dòng)力學(xué)行為；當(dāng)APD探測(cè)器應(yīng)用于X射線非共振非彈性散射(IXS)實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠得到動(dòng)量分辨的聲子譜；當(dāng)APD探測(cè)器應(yīng)用于Pump-probe實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過控制反應(yīng)開始后不同固定時(shí)間間隔點(diǎn)處的信號(hào)測(cè)量最終拼接成完整時(shí)間過程的反應(yīng)圖像。

目前，國(guó)際上歐洲同步輻射光源(ESRF)、日本同步輻射裝置(SPring-8、KEK)與美國(guó)同步輻射裝置(BNL、APS)等均開展了時(shí)間分辨APD探測(cè)器的相關(guān)研究工作，并取得了豐碩的研究成果。雖然對(duì)時(shí)間分辨APD探測(cè)器的研究取得了進(jìn)步，但仍然存在一些不足：(1)現(xiàn)有APD探測(cè)器在實(shí)現(xiàn)亞納秒時(shí)間分辨的情況下，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高量子效率，從而極大地降低了實(shí)驗(yàn)效率。NRS試驗(yàn)中最常用核同位素⁵⁷Fe的核共振能級(jí)為14.4keV，這些探測(cè)器對(duì)該能量X射線量子效率的最大值僅為25％；(2)現(xiàn)有APD探測(cè)器的讀出電路采用商用插件或利用分立元件構(gòu)成，使得讀出電路不能良好地匹配APD傳感器，從而降低了APD探測(cè)器的整體性能，并且不利于系統(tǒng)集成。

因此，需要一種新的傳感器和探測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)亞納秒時(shí)間分辨和高量子效率。

需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的目的在于提供一種基于雪崩光電二極管的傳感器及探測(cè)器，能夠?qū)崿F(xiàn)亞納秒時(shí)間分辨和高量子效率。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種基于雪崩光電二極管的傳感器，包括：

多個(gè)APD傳感器，所述多個(gè)APD傳感器以彼此平行的方式順序堆疊設(shè)置，

其中，所述多個(gè)APD傳感器包括單管APD傳感器或陣列APD傳感器。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述單管APD傳感器包括APD裸片、印刷電路板和金屬底座，所述金屬底座具有容置區(qū)域，

其中，所述APD裸片設(shè)置在所述印刷電路板上，并且所述印刷電路板設(shè)置在所述金屬底座的容置區(qū)域中。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述APD裸片包括設(shè)置在其第一表面的陽極接觸和設(shè)置在其與所述第一表面相對(duì)的第二表面的陰極接觸，所述陽極接觸通過導(dǎo)電膠與所述印刷電路板上的陽極引腳連接，所述陰極接觸通過引線鍵合的方式與所述印刷電路板的陰極引腳連接。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述APD裸片的下表面包括與所述印刷電路板耦接的接觸部分，所述印刷電路板和所述金屬底座的與除所述接觸部分之外的所述APD裸片的下表面對(duì)應(yīng)的部分被去除。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述金屬底座的所述容置區(qū)域的兩側(cè)設(shè)置有固定孔，所述固定孔用于將所述多個(gè)APD傳感器固定在一起。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述吸收層的厚度占所述感光主體的總厚度的90％以上。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種基于雪崩光電二極管的探測(cè)器，包括：

如上述任意一項(xiàng)所述的傳感器；

多通道讀出電路，所述多通道讀出電路與所述傳感器電耦接，用于讀出所述傳感器輸出的電流信號(hào)。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述多通道讀出電路包括電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊，所述電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊用于接收來自所述傳感器的所述電流信號(hào)，對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)電壓處理得到電壓信號(hào)，并且將所述電壓信號(hào)放大并輸出。

在本公開的一種示例性實(shí)施例中，所述多通道讀出電路還包括基線恢復(fù)模塊，所述基線恢復(fù)模塊用于接收由所述電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊輸出的信號(hào)，并且根據(jù)所接收到的信號(hào)與參考電壓的比較結(jié)果向所述電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊輸出調(diào)節(jié)電流信號(hào)。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過配置以彼此平行的方式順序堆疊設(shè)置的多個(gè)APD傳感器，可以在實(shí)現(xiàn)亞納秒時(shí)間分辨的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高量子效率。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過配置多通道讀出電路，較好地匹配APD傳感器，從而提高了APD傳感器的時(shí)間分辨性能及集成度。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過將多通道讀出電路配置成包括電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊，能夠讀出APD傳感器輸出的微弱信號(hào)。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過基線恢復(fù)模塊消除了電流前置放大器的直流失調(diào)，保證了光生信號(hào)的準(zhǔn)確甄別。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD探測(cè)器的原理框圖；

圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖；

圖3的(a)、(b)和(c)分別示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的單管APD傳感器的正視圖、背視圖和沿PP’線的截面透視圖；

圖4的(a)、(b)和(c)分別示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的堆疊式APD傳感器的正視圖、背視圖和沿PP’線的截面透視圖；

圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD裸片的結(jié)構(gòu)圖；

圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊與基線恢復(fù)模塊的結(jié)構(gòu)圖；

圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的高速甄別模塊的結(jié)構(gòu)圖；

圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的LVDS輸出模塊的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本公開的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以實(shí)踐本公開的技術(shù)方案而省略所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知技術(shù)方案以避免喧賓奪主而使得本公開的各方面變得模糊。

此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。附圖中所示的一些方框圖是功能實(shí)體，不一定必須與物理或邏輯上獨(dú)立的實(shí)體相對(duì)應(yīng)?？梢圆捎密浖问絹韺?shí)現(xiàn)這些功能實(shí)體，或在一個(gè)或多個(gè)硬件模塊或集成電路中實(shí)現(xiàn)這些功能實(shí)體，或在不同網(wǎng)絡(luò)和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實(shí)現(xiàn)這些功能實(shí)體。

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD探測(cè)器的原理框圖。

參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的基于雪崩光電二極管的探測(cè)器可以包括堆疊式APD傳感器100和多通道讀出電路200。

堆疊式APD傳感器100可以用于將X射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。堆疊式APD傳感器100可以包括n個(gè)(n是大于1的正整數(shù))具有較薄吸收層的單管或陣列APD傳感器，所述n個(gè)單管或陣列APD傳感器以彼此平行的方式順序堆疊設(shè)置。因?yàn)闀r(shí)間分辨性能由單管或陣列APD傳感器的吸收層厚度決定，而量子效率則由n個(gè)傳感器的整體吸收層厚度決定，所以以堆疊的方式配置的APD傳感器可以在獲得亞納秒時(shí)間分辨的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高量子效率，進(jìn)而可以提高實(shí)驗(yàn)效率。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，用于堆疊的APD傳感器的吸收層占整個(gè)器件厚度的90％以上，吸收層厚度與器件的厚度幾乎相等，從而消除了襯底材料對(duì)X射線的吸收。

多通道讀出電路200可以用于讀出堆疊式APD傳感器輸出的微弱信號(hào)。通道的數(shù)量由堆疊式APD傳感器100確定，如果采用n個(gè)單管來構(gòu)成堆疊式APD傳感器100，則通道的數(shù)量為n；如果采用n個(gè)陣列大小為a×b的APD傳感器，則通道的數(shù)量為n×(a×b)。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，每一個(gè)通道可以包括一高速甄別模塊及一低電壓差分信號(hào)(LVDS)輸出模塊，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，每個(gè)通道還可以包括一電流轉(zhuǎn)電壓模塊。例如，采用翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器構(gòu)成電流轉(zhuǎn)電壓模塊的輸入級(jí)，在保證帶寬不變的情況下，降低了讀出噪聲。另外，在前置放大器中增加多個(gè)放大器，可進(jìn)一步提高了信噪比。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，還可以配置基線恢復(fù)模塊，以穩(wěn)定基線電壓并消除前置放大器的直流失調(diào)。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，采用低增益、高帶寬預(yù)放大器多級(jí)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)結(jié)合遲滯原理，實(shí)現(xiàn)高速、高精度、遲滯甄別模塊。

根據(jù)另外一些實(shí)施例，采用漏極開路差分對(duì)與片外電阻構(gòu)成LVDS輸出模塊，靈活方便。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)堆疊式APD傳感器的特性來設(shè)計(jì)讀出電路，每個(gè)讀出通道均可以良好地匹配與其對(duì)應(yīng)的APD傳感器，以實(shí)現(xiàn)高速、低讀出噪聲的特性，同時(shí)也提高了整個(gè)探測(cè)器的集成度。

圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖。

參考圖2，在本示例性實(shí)施方式中，堆疊式APD傳感器100可以由8個(gè)單管APD傳感器110構(gòu)成，然而本發(fā)明不限于此，堆疊式APD傳感器100還可以由更多或更少的多個(gè)單管或陣列APD傳感器構(gòu)成。

如圖2所示，8個(gè)單管APD傳感器順序堆疊在一起。時(shí)間分辨性能由單管APD傳感器的吸收層厚度決定，因此可以在獲得亞納秒時(shí)間分辨的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高量子效率，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)效率。

對(duì)應(yīng)于8個(gè)單管APD傳感器110，多通道讀出電路200包括8個(gè)通道，分別為CH1至CH8。如前所述，CH1至CH8中的每一個(gè)通道讀出電路均可以包括一電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊210，一基線恢復(fù)模塊220、一高速甄別模塊230及一LVDS輸出模塊240，但本發(fā)明不限于此。

圖3的(a)、(b)和(c)分別示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的單管APD傳感器的正視圖、背視圖和沿PP’線的截面透視圖。

如圖3所示，單管APD傳感器110可以包括APD裸片111、印刷電路板(PCB)112和金屬底座113。

根據(jù)示例實(shí)施例，APD裸片111設(shè)置在印刷電路板112上，例如可以通過導(dǎo)電膠將APD裸片111粘附在印刷電路板112上。但本發(fā)明不限于此，可以通過其他方式將APD裸片111設(shè)置在印刷電路板112上，本示例性實(shí)施方式中對(duì)此不做特殊限定。

根據(jù)示例實(shí)施例，APD裸片111可以包括具有陽極接觸的第一表面(即，圖3中APD裸片111的下表面)以及具有陰極接觸的第二表面(即，圖3中APD裸片111的上表面)。APD裸片111的陽極接觸可以直接通過導(dǎo)電膠與印刷電路板112的陽極引線相連，而APD裸片111的陰極接觸可以通過引線鍵合(Wire bonding)的方式連接至印刷電路板112的陰極引腳，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)示例實(shí)施例，金屬底座113在其中央可以具有一容置區(qū)域118，可以將其上設(shè)置有APD裸片111的印刷電路板112設(shè)置在金屬底座113的容置區(qū)域118中，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)示例實(shí)施例，在金屬底座113的容置區(qū)域的兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)固定孔，用于將多個(gè)APD傳感器固定在一起，但本發(fā)明不限于此。印刷電路板112的陽極引腳和陰極引腳可以穿過金屬底座113的側(cè)壁而引出，兩個(gè)引腳的方向可以與所述兩個(gè)固定孔中心的連線方向垂直，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)示例實(shí)施例，金屬底座113的寬度不超過2cm且厚度不超過2mm，從而使APD裸片之間的距離較小，以實(shí)現(xiàn)小體積封裝。

參考圖3(c)，根據(jù)示例實(shí)施例，APD裸片111的下表面可以包括與印刷電路板112耦接的接觸部分，印刷電路板112和金屬底座113的與除所述接觸部分之外的所述APD裸片111的下表面對(duì)應(yīng)的部分可以被去除，以確保X射線不會(huì)被金屬底座113和印刷電路板112阻擋，從而使X射線可以直接通過APD裸片111?？梢酝ㄟ^蝕刻的方法來去除所述部分，但不限于此，本示例性實(shí)施方式中對(duì)此不做特殊限定。

圖4的(a)、(b)和(c)分別示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的堆疊式APD傳感器的正視圖、背視圖和沿PP’線的截面透視圖；

參考圖4，根據(jù)示例實(shí)施例，所述固定孔可以是螺孔，可以利用螺釘S將8個(gè)單管APD傳感器連接在一起，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)示例實(shí)施例，可以在APD8的上表面的與容置區(qū)域118對(duì)應(yīng)的區(qū)域處設(shè)置有起密封屏蔽作用的金屬蓋M，并且在APD1的下表面(X射線入射面)設(shè)置有起密封作用且對(duì)于X射線具有高透射率的鈹窗N，但本發(fā)明不限于此。在這種情況下，完成了對(duì)堆疊式APD傳感器100的封裝。

這樣的封裝方式不僅可以實(shí)現(xiàn)APD1至APD8的對(duì)準(zhǔn)與固定，還在APD1至APD8的周圍形成一層金屬外殼以屏蔽可見光，同時(shí)透過鈹窗N，還可以對(duì)X射線進(jìn)行直接探測(cè)。

此外，堆疊式APD傳感器100可以通過伸出金屬底座113的引腳與外部PCB板進(jìn)行插拔連接，極大地方便了后續(xù)的系統(tǒng)集成。

圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的APD裸片111的結(jié)構(gòu)圖。

參見圖5，根據(jù)示例實(shí)施例，APD裸片111包括感光主體，用于接收X射線，該感光主體為吸收?qǐng)隹乇对龇蛛x(SCAM)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有p⁺πpπn⁺的摻雜分布，這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了吸收層、場(chǎng)控層及雪崩倍增層的分離，這樣的區(qū)域劃分使得倍增區(qū)更容易達(dá)到載流子雪崩倍增時(shí)所需要的高場(chǎng)強(qiáng)，從而減小了外加偏壓，也減小了由載流子產(chǎn)生復(fù)合過程所引起的暗電流，同時(shí)吸收區(qū)和雪崩區(qū)的高低電場(chǎng)過渡平穩(wěn)，有利于載流子的快速漂移，提高了器件的響應(yīng)速度。因此，SCAM結(jié)構(gòu)的APD裸片具有響應(yīng)速度快、量子效率高、噪聲低及工作電壓低等一系列的優(yōu)點(diǎn)。然而，本公開不限于此，APD裸片111還可以為實(shí)現(xiàn)相同效果的其他結(jié)構(gòu)。

參考圖5，根據(jù)示例實(shí)施例，感光主體可以包括π型吸收層111a、p型場(chǎng)控層111b和π型雪崩倍增層111c，但本發(fā)明不限于此。

如圖5所示，根據(jù)示例實(shí)施例，APD裸片111還可以包括作為陰極接觸的n⁺層111d以及作為陽極接觸的p⁺層111f。APD裸片111可以分別通過n⁺層111d的n⁺層接觸111e和p⁺層111f的p⁺層接觸111g與印刷電路板112的陰極引腳和陽極引腳連接。

根據(jù)示例實(shí)施例，可以將APD裸片111的感光主體的面積設(shè)置成5mm×5mm，以獲得足夠的接收立體角，但本發(fā)明不限于此。

根據(jù)示例實(shí)施例，如果整個(gè)APD裸片111的厚度為50μm，則吸收層111a的厚度可以為45μm或更大。通常對(duì)于SCAM結(jié)構(gòu)的APD裸片111來說，其時(shí)間分辨由電子通過吸收層111a的渡越時(shí)間所決定，電子在硅中的飽和漂移速度為100μm/ns，對(duì)于45μm的吸收層111a，電子的最快渡越時(shí)間為0.45ns，這也決定了APD裸片111的時(shí)間分辨約為0.45ns。另外，根據(jù)X射線在硅中的衰減長(zhǎng)度，可以計(jì)算出一定吸收層厚度下APD裸片111對(duì)不同能量X射線的量子效率。如果每個(gè)APD裸片111的吸收層111a的厚度約為45μm，則8個(gè)單管APD傳感器堆疊后吸收層的總厚度可以約為360μm，14.4keV能量下的量子效率可以大于60％。

圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊與基線恢復(fù)模塊的結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)示例實(shí)施例的電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊210和基線恢復(fù)模塊220可用于多通道讀出電路200的每一個(gè)通道。

參考圖6，在電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊210中，第一晶體管M₁、第二晶體管M₂構(gòu)成翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器作為電流轉(zhuǎn)電壓前置放大器的輸入級(jí)，電流轉(zhuǎn)電壓前置放大器的等效輸入阻抗R_{in_n}可表示如下：

$R_{in\_n}\≈\frac{1}{g_{m1}{g}_{m2}{r}_{o1}}$

其中，g_m1為第一晶體管M₁的跨導(dǎo)，g_m2為第二晶體管M₂的跨導(dǎo)，r_o1為第一晶體管M₁的小信號(hào)等效輸出電阻。上式表明用較小的g_m1即可得到很小的等效輸入阻抗。電流轉(zhuǎn)電壓前置放大器的噪聲主要由第一晶體管M₁的噪聲決定，而跨導(dǎo)越小，晶體管的噪聲電流越小，因此本公開的電流轉(zhuǎn)電壓前置放大器具有等效輸入噪聲小的特性，有利于讀出APD傳感器輸出的微弱信號(hào)。同時(shí)，g_m1越小，第一晶體管M₁所需要的偏置電流也越小，這就降低了整個(gè)電流轉(zhuǎn)電壓放大器的功耗。

可以通過配置不同溝道尺寸的第二晶體管M₂和第三晶體管M₃來將第二晶體管M₂和第三晶體管M₃配置成一1:n的電流鏡，其中，n是大于1的正整數(shù)。本實(shí)施例使用兩個(gè)晶體管構(gòu)成電流鏡，但不限于此，還可以通過其他電學(xué)元件的組合來構(gòu)成具有相同功能的結(jié)構(gòu)。在電流信號(hào)I_S通過該電流鏡之后，電流信號(hào)I_S可以被放大n倍，提高了信噪比。

第三晶體管M₃被配置成一具有較低輸入阻抗的共柵管，第四晶體管M₄和第五晶體管M₅的尺寸較大，具有較大的漏端寄生電容，這實(shí)現(xiàn)了負(fù)載電阻R₁與第四晶體管M₄的第二端及第五晶體管M₅的第二端的隔離，進(jìn)而提高了電路的工作速度。被放大的電流信號(hào)n×I_S流經(jīng)負(fù)載電阻R₁，電流信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。

第一運(yùn)算放大器A₁和第二運(yùn)算放大器A₂均具有低增益高帶寬的特性，電壓信號(hào)經(jīng)第一運(yùn)算放大器A₁和第二運(yùn)算放大器A₂連續(xù)放大后進(jìn)一步提高了信噪比，輸出可以被后續(xù)信號(hào)處理電路有效甄別的電壓信號(hào)V_OUT。

參考圖6，在基線恢復(fù)模塊220中，第三運(yùn)算放大器A₃用于檢測(cè)電壓信號(hào)V_OUT與參考電壓V_REF的差值，利用第三運(yùn)算放大器A₃產(chǎn)生的比較結(jié)果來控制可控電流源I_B2的電流?？煽仉娏髟碔_B2輸出的電流經(jīng)由第五晶體管M₅、第六晶體管M₆、第七晶體管M₇和第八晶體管M₈構(gòu)成的高精度電流鏡反饋給電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊210，以調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊210的靜態(tài)工作電流，最終使得電壓信號(hào)V_OUT穩(wěn)定在參考電壓V_REF，從而實(shí)現(xiàn)基線恢復(fù)的功能。

下面描述基線恢復(fù)的原理：當(dāng)電壓信號(hào)V_OUT變大時(shí)，可控電流源I_B2產(chǎn)生的電流變小，即流過負(fù)載電阻R₁的電流變小，負(fù)載電阻R₁兩端的電壓變小，第一運(yùn)算放大器A₁輸出端的電壓變大，由此，電壓信號(hào)V_OUT變小。反之，當(dāng)電壓信號(hào)V_OUT變小時(shí)，可控電流源I_B2產(chǎn)生的電流變大，即流過負(fù)載電阻R₁的電流變大，負(fù)載電阻R₁兩端的電壓變大，第一運(yùn)算放大器A₁輸出端的電壓變小，由此，電壓信號(hào)V_OUT變大。因此，電壓信號(hào)V_OUT的直流電平始終穩(wěn)定在參考電壓V_REF。此外，為了不影響交流信號(hào)的輸出，第三運(yùn)算放大器A₃應(yīng)當(dāng)具有非常低的寬帶。

基線恢復(fù)電路消除了電流前置放大器的直流失調(diào)，使得可以精確地設(shè)定電流前置放大器外部的甄別器的甄別閾值，保證了對(duì)APD傳感器光生信號(hào)的準(zhǔn)確甄別。

圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的高速甄別模塊的結(jié)構(gòu)圖。

高速甄別模塊230是獲得高時(shí)間分辨的保證。參考圖7，高速甄別模塊可以由4級(jí)預(yù)放大器(虛線所框的部分為第一級(jí))級(jí)聯(lián)構(gòu)成，每級(jí)的增益為6，帶寬大于500MHz，可以同時(shí)滿足高速、高精度的要求。每級(jí)預(yù)防大器的正、負(fù)輸出之間均加入了兩個(gè)二極管連接的MOS晶體管，以阻止相應(yīng)級(jí)預(yù)防大器的輸入管進(jìn)入深度截止區(qū)，提高了電路的比較速度。同時(shí)還可以增加由四個(gè)MOS晶體管構(gòu)成的遲滯電路，以消除噪聲所引起的多次觸發(fā)現(xiàn)象。

圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的LVDS輸出模塊的結(jié)構(gòu)圖。

如圖8所示，LVDS輸出模塊240可以用于驅(qū)動(dòng)后續(xù)信號(hào)處理電路，LVDS輸出模塊240為一漏極開路差分對(duì)結(jié)構(gòu)，可以通過配置三個(gè)片外電阻來得到LVDS電平。三個(gè)MOS晶體管構(gòu)成了片內(nèi)的漏極開路差分對(duì)，該漏極開路差分對(duì)與三個(gè)片外電阻共同構(gòu)成LVDS驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)可以通過配置所述三個(gè)片外電阻還可以得到其它標(biāo)準(zhǔn)的輸出電平，靈活方便。

通過以上的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過配置以彼此平行的方式順序堆疊設(shè)置的多個(gè)APD傳感器，可以在實(shí)現(xiàn)亞納秒時(shí)間分辨的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高量子效率。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過配置多通道讀出電路，較好地匹配APD傳感器，從而提高了APD探測(cè)器的時(shí)間分辨性能及集成度。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過將多通道讀出電路配置成包括電流轉(zhuǎn)電壓放大模塊，能夠讀出APD傳感器輸出的微弱信號(hào)。

根據(jù)本公開的一些實(shí)施例，通過基線恢復(fù)道路消除了電流前置放大器的直流失調(diào)，保證了光生信號(hào)的準(zhǔn)確甄別。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，附圖只是示例實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的，因此不能用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解上述各模塊可以按照實(shí)施例的描述分布于裝置中，也可以進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)裝置中。上述實(shí)施例的模塊可以合并為一個(gè)模塊，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子模塊。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本公開的其它實(shí)施方式。本申請(qǐng)旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本公開的一般性原理并包括本公開未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本公開的真正范圍和精神由權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本公開的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。