一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路制造技术

本发明专利技术公开了一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，电流信号IN经跨阻放大器放大后，转换为窄脉冲电压信号VA，电压信号VA与比较器的阈值电压比较，产生数字信号STOP，数字信号STOP同时作为D触发器的时钟信号，经D触发器的输出控制的模拟开关K输入至节点A，节点A经第一电容C接地，同时节点A经电压跟随器输出电压OUT。基于CMOS工艺实现，在像素级跨阻放大器的基础上进一步扩展，实现了对ns级脉宽的窄脉冲的峰值进行保持。峰保电路占用面积极小，功耗低，保持精度相对较高。

【技术实现步骤摘要】
一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路
本专利技术涉及一种脉冲峰值保持电路，具体地涉及一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路。
技术介绍
雪崩光电二极管（APD）阵列具有全固态结构、高量子效率等特点，且可以在高增益下保持良好的信噪比。基于APD阵列的激光三维成像雷达采用激光对目标场景进行泛光照射，一次激光脉冲即可获得目标的三维图像。当APD的偏置电压低于其雪崩电压时，对入射光电子起到线性放大作用，这种工作状态称为线性模式。在线性模式下，反向电压越高，增益就越大。线性APD对输入的光电子进行等增益放大后形成连续电流，获得带有时间信息和强度信息的激光连续回波信号。阵列线性APD探测器需要配套阵列激光雷达读出电路，而目前国内激光雷达读出电路还是以线阵或小面阵为主，因为需要逐行或逐点扫描，所以成像速率较低。当电路阵列规模达到64×64像元甚至更大时，激光雷达读出电路只能采用单片集成的方法实现。基于标准的CMOS工艺实现大面阵激光雷达读出电路芯片，可以缩小控制系统的体积、减轻重量、降低功耗、提高抗干扰能力、增加可靠性，在实现对目标高帧频率捕获的同时获得高精度的时间分辨率。受空间分辨率的限制，阵列三维成像激光读出电路的像元面积较小，每个像元只有计时测距功能，即每个像元内集成一个高精度时间数字转换电路，因此，只能获取回波信号的时间信息，无法判断同一时刻到达的目标回波信号的强弱。而传统的窄脉冲峰值保持电路的功耗大，面积大，不适合做为像素级的峰保电路使用。公告号为CN108809278A的专利公开了一种窄脉冲峰值采样保持电路，通过高精度峰检测模块探测峰值电压，当高精度峰检测模块探测到窄脉冲IN的峰值电压后，控制第一开关K1断开，使峰值电压在A点得以保持。该专利技术通过高精度峰检测模块探测峰值电压，功耗大，面积大，不适合做为像素级的峰保电路使用。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术目的是：提供了一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，基于CMOS工艺实现，在像素级跨阻放大器的基础上进一步扩展，实现了对ns级脉宽的窄脉冲的峰值进行保持。峰保电路占用面积极小，功耗低，保持精度相对较高。本专利技术的技术方案是：一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，电流信号IN经跨阻放大器放大后，转换为窄脉冲电压信号VA，电压信号VA与比较器的阈值电压比较，产生数字信号STOP，数字信号STOP同时作为D触发器的时钟信号，经D触发器的输出控制的模拟开关K输入至节点A，节点A经第一电容C接地，同时节点A连接电压跟随器后作为输出端OUT。优选的技术方案中，数字信号STOP作为D触发器的时钟信号时，使D触发器的输出发生翻转，控制模拟开关K改变状态，信号的峰值VR存储在电容C上。优选的技术方案中，所述跨阻放大器的输出端还依次连接第二电容C1、至少一个栅漏短接的第一MOS管M1、接地电阻R1和第二MOS管M2，在比较器的输出端连接压控延迟单元后产生数字信号STOP，所述第二MOS管M2连接压控延迟单元。优选的技术方案中，根据D触发器的D端连接的电源VDD的大小调整栅漏短接的第一MOS管M1的串联个数。优选的技术方案中，当VDD大时，采用多个栅漏短接的第一MOS管进行串联；当VDD小时，减少栅漏短接的第一MOS管的串联个数。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术的像素级的高速窄脉冲峰值保持电路基于CMOS工艺实现，在像素级跨阻放大器的基础上进一步扩展，实现了对ns级脉宽的窄脉冲的峰值进行保持。该峰保电路可以利用现有架构的跨阻放大器和比较器，占用面积极小，功耗低，保持精度相对较高。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术像素级的高速窄脉冲峰值保持电路的原理框图；图2是本专利技术另一实施例的像素级的高速窄脉冲峰值保持电路的原理框图；图3为本专利技术的像素级的高速窄脉冲峰值保持电路的2.5ns脉宽电流的峰值保持示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例1：如图1所示，像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，包括跨阻放大器、比较器、D触发器、模拟开关K、保持电容C和电压跟随器。跨阻放大器和比较器可以利用激光雷达读出电路的跨阻放大器和比较器。跨阻放大器的输入端连接电流信号IN，输出端连接比较器的同相输入端，反相输入端连接比较器的阈值电压VTH，比较器的输出端产生数字信号STOP，数字信号STOP同时连接D触发器的时钟信号端，D触发器的D端连接电源VDD，D触发器的输出端连接模拟开关K，跨阻放大器的输出端还连接模拟开关K，模拟开关K连接至节点A，节点A经第一电容C接地，同时节点A连接电压跟随器后作为输出端OUT。线性APD光敏芯片将接收到的激光窄脉冲回波信号转换成电流信号IN，再经过跨阻放大器放大后，转换为窄脉冲电压信号VA，VA与比较器的阈值电压VTH比较，产生数字信号STOP，代表目标回波的到达时间。同时，STOP作为D触发器的时钟信号，使D触发器的输出发生翻转，控制模拟开关K状态由闭合到断开。此时，信号的峰值VR存储在电容C上，不随输入电流发生变化。电压跟随器增加了VR的驱动能力。电压跟随器的输入端为MOS管的栅，因此无漏电，保持电容C可以非常小，节省了像元面积。在电路工作的每个周期内，模拟开关K在信号到来之前是闭合状态，信号到来后是断开状态；D触发器的D端连接电源VDD，D触发器的输出Q控制模拟开关K。实施例2：如图2所示，在实施例1的基础上，增加了压控延迟单元、电容C1、MOS管M1、M2和电阻R1。通常情况下，跨阻放大器需要工作在线性区内，以保证输出电压VA和输入电流IN成线性关系。此时，输入电流IN的脉宽和输出电压VA的脉宽基本相同。但是，当输入电流IN较大时，跨阻放大器工作在非线性区，VA的电压幅值较大，VA的上升沿和脉宽发生变化。在跨阻放大器的输出端VA增加一个电容C1、多个串联的栅漏短接的MOS管M1、电阻R1和MOS管M2，用来感知VA端输出的大幅值电压；在比较器的输出端增加了一个压控延迟单元，用来调整STOP的响应输出时间。当VA端的电压较小时，电压VB较小，MOS管M2不导通；当VA电压较大时，VB电压增加，MOS管M2导通，压控延迟时间发生改变，STOP电压上升沿的输出时间发生变化，进而能够保证精确跟踪VA的峰值。栅漏短接的M1的串联个数可根据电源VDD的大小进行调整。当VDD较大时，跨阻放大器的线性区间较大，可以采用多个栅漏短接的MOS管进行串联；当VDD较小时，跨阻放大器的线性区间较小，此时需要减少栅漏短接的MOS管的个数。激光回波信号脉宽一般在2ns～3ns左右。本实施例采用2.5ns脉宽的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，电流信号IN经跨阻放大器放大后，转换为窄脉冲电压信号VA，电压信号VA与比较器的阈值电压比较，产生数字信号STOP，数字信号STOP同时作为D触发器的时钟信号，经D触发器的输出控制的模拟开关K输入至节点A，节点A经第一电容C接地，同时节点A连接电压跟随器后作为输出端OUT。/n

【技术特征摘要】
1.一种像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，电流信号IN经跨阻放大器放大后，转换为窄脉冲电压信号VA，电压信号VA与比较器的阈值电压比较，产生数字信号STOP，数字信号STOP同时作为D触发器的时钟信号，经D触发器的输出控制的模拟开关K输入至节点A，节点A经第一电容C接地，同时节点A连接电压跟随器后作为输出端OUT。


2.根据权利要求1所述的像素级的高速窄脉冲峰值保持电路，其特征在于，数字信号STOP作为D触发器的时钟信号时，使D触发器的输出发生翻转，控制模拟开关K改变状态，信号的峰值VR存储在电容C上。


3.根据权利要求1所述的像素级的高速窄脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：白涛，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32