[发明专利]具有内部校准电路的硅光电倍增管

说明书

本发明提供一种硅光电倍增管，所述硅光电倍增管包括多个微单元，所述多个微单元响应于入射辐射提供脉冲输出，每个微单元包括电路，所述电路配置成启用和禁用所述脉冲输出。每个微单元包括单元禁用开关。所述控制逻辑电路控制所述单元禁用开关和自测试电路。当所述单元禁用开关处于第一状态下时，微单元的脉冲输出被禁用。一种用于微单元的自测试校准方法包括：向所述微单元提供测试启用信号；在预定时间段内集成暗电流；将所述集成暗电流与预定阈值水平进行比较；以及如果高于所述预定阈值水平，则提供信号。

技术领域

本发明涉及包括多个微单元的硅光电倍增管阵列。

背景技术

可以使用包括雪崩光敏二极管(APD)的微单元阵列来实施光子传感器。APD可以制造于硅晶圆上，作为硅光电倍增管(silicon photomultipliers，SiPM)。在常规的硅光电倍增管装置中，每个APD可以通过抑制电阻器连接到读出网络，所述抑制电阻具有介于100kΩ到1MΩ的典型值。当施加到SiPM的偏压高于击穿电压时，所检测的光子将产生雪崩，APD电容将放电到击穿电压，并且重新充电电流将产生信号。

SiPM技术可以具有本征暗计数(intrinsic dark count)(即，在缺少光的时候响应，通常由热离子排放引起)，这可以是由于晶体缺陷、杂质和其他异常。缺陷在阵列中的各个微单元之间的分布可能不均匀，导致每个装置有少量微单元具有极高的暗计数发生率(dark count generation rate)的可能性。

可以通过在施加的电压下测量SiPM的光致发光(photoluminescence)来定位所述阵列中的噪声微单元。所识别出的噪声微单元可以通过使用激光脉冲从所述阵列断开连接。这种方法的实际实施非常复杂并且昂贵。出于这些原因，该方法对于在大量SiPM生产中实施不具有吸引力。

识别噪声微单元的另一个方法是测量每个微单元的暗计数，并且以编程方式抑制噪声微单元。为实施此方法，每个微单元都需要配备具有唯一地址的地址行。此外，单个微单元均制造成包括可用于禁用或启用微单元的静态存储单元。需要使用外部控制器来实施校准过程。

发明内容

本发明一方面提供了一种硅光电倍增管阵列，包括：多个微单元，每个微单元响应于入射辐射提供脉冲输出，每个微单元包括电路，所述电路配置成启用和禁用所述脉冲输出；所述多个微单元中的每个微单元包括单元禁用开关和自测试电路；并且其中当所述单元禁用开关处于第一状态下时，所述脉冲输出被禁用。

优选地，硅光电倍增管阵列还包括：行计数器，所述行计数器连接到所述多个微单元中的预定行，并且配置成计数所述预定行的每个微单元的闩锁信号输出；像素控制器，所述像素控制器连接到所述行计数器，所述像素控制器配置成向所述多个微单元中的每个微单元的控制逻辑电路提供信号；并且，所述行计数器向所述像素控制器提供暗计数高指示信号。

优选地，像素控制器配置成监控所述暗计数高指示信号，并且如果所述暗计数高指示低于所抑制微单元的预定阈值，则向所述多个微单元提供抑制信号。

优选地，所述像素控制器配置成在所述暗计数高指示高于所抑制微单元的预定数量时，去除所述抑制信号。

优选地，控制逻辑电路向其对应微单元的部件提供配置单元信号。

优选地，所述配置单元信号可操作地促使所述对应微单元的比较器阈值电压参考值的变化。