本發(fā)明涉及一種雪崩焦平面圖像傳感器，尤其涉及一種帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器。

背景技術(shù)：

由一定規(guī)模的雪崩光電二極管構(gòu)成的雪崩焦平面探測(cè)器陣列，能夠在高電壓條件下利用碰撞離化效應(yīng)使光電流發(fā)生倍增，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱光信號(hào)的放大，由此構(gòu)成的雪崩焦平面圖像傳感器將能實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱光的探測(cè)成像；

基于現(xiàn)有技術(shù)可知，雪崩焦平面圖像傳感器通常由雪崩焦平面探測(cè)器陣列和CMOS讀出電路構(gòu)成，為了實(shí)現(xiàn)雪崩放大功能，雪崩焦平面探測(cè)器陣列上需要加載幾十伏甚至一百多伏的高壓偏置電壓，這遠(yuǎn)超出了普通CMOS工藝的耐壓能力，在使用中一旦雪崩焦平面探測(cè)器陣列中的局部二極管發(fā)生短路，高壓就會(huì)進(jìn)入CMOS讀出電路中，將CMOS讀出電路燒毀，為解決此問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)一般采用特殊的耐高壓CMOS工藝來(lái)制作CMOS讀出電路，由此得到的CMOS讀出電路，即使有高壓進(jìn)入也不會(huì)發(fā)生燒毀；存在的問(wèn)題是：一方面，耐高壓CMOS工藝的工藝成本較高，大幅增加了雪崩焦平面圖像傳感器的制造成本，另一方面，現(xiàn)有的耐高壓CMOS工藝與數(shù)?；旌匣蛉珨?shù)字的CMOS讀出電路工藝不兼容，后者電源電壓一般為3.3~5V，目前尚無(wú)利用兩種工藝結(jié)合實(shí)現(xiàn)耐受數(shù)十伏以上電壓的讀出電路的實(shí)踐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器，其特征在于：所述帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器由雪崩焦平面探測(cè)器陣列、CMOS讀出電路和多個(gè)高壓保護(hù)單元組成；所述雪崩焦平面探測(cè)器陣列包括多個(gè)像素單元，所述CMOS讀出電路包括多個(gè)CTIA型讀出單元，多個(gè)像素單元與多個(gè)CTIA型讀出單元一一對(duì)應(yīng)，互相匹配的像素單元和CTIA型讀出單元之間均設(shè)置有一高壓保護(hù)單元；所述高壓保護(hù)單元由限流電阻、隔離電阻和二極管組成；所述限流電阻的一端與像素單元的輸出端連接，限流電阻的另一端與A節(jié)點(diǎn)連接，隔離電阻的一端與A節(jié)點(diǎn)連接，隔離電阻的另一端與CTIA型讀出單元的輸入端連接；二極管的正極與A節(jié)點(diǎn)連接，二極管的負(fù)極與限壓端口連接；所述二極管的開(kāi)啟電壓記為VD，所述限壓端口的輸出電壓記為HVCOM，所述CTIA型讀出單元中的放大器上的參考電壓記為VR，所述像素單元的工作電壓記為Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb滿足如下關(guān)系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流電阻、隔離電阻和二極管均采用硅集成電路工藝制作。

本發(fā)明的原理是：將像素單元的輸出端記為B節(jié)點(diǎn)、CTIA型讀出單元的輸入端記為C節(jié)點(diǎn)，帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器正常工作時(shí)，A節(jié)點(diǎn)、B節(jié)點(diǎn)和C節(jié)點(diǎn)三者的電位相等，都等于VR，由于HVCOM大于VR，此時(shí)二極管處于反偏狀態(tài)、不導(dǎo)通，從像素單元輸出的光生電流可以無(wú)損地進(jìn)入CTIA型讀出單元的輸入端，經(jīng)CTIA型讀出單元處理后，形成積分電壓信號(hào)Vout向外輸出；當(dāng)雪崩焦平面探測(cè)器陣列發(fā)生短路后，像素單元的工作電壓Vb就會(huì)作用在B節(jié)點(diǎn)處，進(jìn)而使A節(jié)點(diǎn)處的電位也隨之升高，當(dāng)A節(jié)點(diǎn)處的電位升高至大于（HVCOM+VD）時(shí)，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這時(shí)，C節(jié)點(diǎn)處的電位就會(huì)被鉗制在（HVCOM+VD），由Vb所產(chǎn)生的電流就會(huì)通過(guò)二極管從限壓端口輸出（在此過(guò)程中，限流電阻可以起到限流作用，減小由Vb產(chǎn)生的電流），這就可以避免高壓和大電流進(jìn)入CTIA型讀出單元，對(duì)后級(jí)電路起到保護(hù)作用；

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提出了一種帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器，該傳感器內(nèi)設(shè)置有高壓保護(hù)單元，傳感器正常工作時(shí)，高壓保護(hù)單元對(duì)光生電流無(wú)影響，當(dāng)雪崩焦平面探測(cè)器陣列發(fā)生短路時(shí)，高壓保護(hù)單元可阻止高壓和大電流進(jìn)入CTIA型讀出單元，對(duì)后級(jí)電路起到保護(hù)作用，高壓保護(hù)單元采用常規(guī)的硅集成電路工藝制作，相比于耐高壓CMOS工藝，本發(fā)明的工藝成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1、本發(fā)明的電氣原理示意圖（圖中虛線框所示單元即為高壓保護(hù)單元）；

圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為：限流電阻1、隔離電阻2、二極管3、復(fù)位開(kāi)關(guān)RST、積分電容C1、放大器AMP。

具體實(shí)施方式

一種帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器，其特征在于：所述帶高壓保護(hù)的雪崩焦平面圖像傳感器由雪崩焦平面探測(cè)器陣列、CMOS讀出電路和多個(gè)高壓保護(hù)單元組成；所述雪崩焦平面探測(cè)器陣列包括多個(gè)像素單元，所述CMOS讀出電路包括多個(gè)CTIA型讀出單元，多個(gè)像素單元與多個(gè)CTIA型讀出單元一一對(duì)應(yīng)，互相匹配的像素單元和CTIA型讀出單元之間均設(shè)置有一高壓保護(hù)單元；所述高壓保護(hù)單元由限流電阻1、隔離電阻2和二極管3組成；所述限流電阻1的一端與像素單元的輸出端連接，限流電阻1的另一端與A節(jié)點(diǎn)連接，隔離電阻2的一端與A節(jié)點(diǎn)連接，隔離電阻2的另一端與CTIA型讀出單元的輸入端連接；二極管3的正極與A節(jié)點(diǎn)連接，二極管3的負(fù)極與限壓端口連接；所述二極管3的開(kāi)啟電壓記為VD，所述限壓端口的輸出電壓記為HVCOM，所述CTIA型讀出單元中的放大器上的參考電壓記為VR，所述像素單元的工作電壓記為Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb滿足如下關(guān)系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流電阻1、隔離電阻2和二極管3均采用硅集成電路工藝制作。

在本發(fā)明揭示了前述高壓保護(hù)單元的技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，該高壓保護(hù)單元在不同的圖像傳感器中都能對(duì)其后端讀出電路提供保護(hù)功能，不僅限于CTIA結(jié)構(gòu)，如蓋格模式工作的InP基近紅外APD焦平面?zhèn)鞲衅鳌⒕€性模式GaN基紫外APD焦平面?zhèn)鞲衅鞯取?/p>