[发明专利]一种高性能环境光接近光传感器芯片

权利要求书

1.一种高性能环境光接近光传感器芯片，由第一光电二极管(1)、第二光电二极管(2)、单光子雪崩光电二极管(3)、第一跨阻放大器(41)、第二跨阻放大器(42)、差分放大器(5)、淬灭电路阵列(6)、开关阵列(7)、多输入与门(8)、时间数字转换器(9)、脉冲激光(10)和偏置电压模块(11)组成，芯片中第一光电二极管(1)位于芯片的中央，第二光电二极管(2)和单光子雪崩光电二极管(3)围绕在第一光电二极管(1)的周围；偏置电压模块(11)为第一光电二极管(1)、第二光电二极管(2)和单光子雪崩光电二极管(3)提供运行所需的偏置电压；第一光电二极管(1)输出连接第一跨阻放大器(41)的输入，第二光电二极管(2)输出连接第二跨阻放大器(42)的输入；第一跨阻放大器(41)的输出接入差分放大器(5)的同相输入，第二跨阻放大器(42)的输出接入差分放大器(5)的反向输入，差分放大器(5)将第一跨阻放大器(41)输出电压与第二跨阻放大器(42)输出电压的差值放大为电压信号，该电压信号用于控制开关阵列(7)、脉冲激光(10)输出光强的强度和偏置电压模块输出电压的强度；芯片中有多个单光子雪崩光电二极管(3)，每个单光子雪崩光电二极管的输出接入淬灭电路阵列(6)中对应淬灭电路的输入，淬灭电路阵列(6)的输出连接开关阵列(7)的输出，开关阵列(7)的输入接入多输入与门(8)的输入，多输入与门(8)的输出连接时间数字转换器(9)的strat端，脉冲激光(10)的同步脉冲输出连接时间数字转换器(9)的stop端。

2.根据权利要求1所述的一种高性能环境光接近光传感器芯片，其特征是：第一光电二极管(1)的作用是接收环境光，实现对环境光强度到光电流强度的转换，第二光电二极管(2)的感光面通过金属覆盖使其接收不到环境光，第一光电二极管(1)输出电流包括光电流和暗电流，第二光电二极管(2)输出电流只有暗电流；第一光电二极管(1)由第一跨阻放大器(41)进行跨阻放大，第二光电二极管(2)由第二跨阻放大器(42)进行跨阻放大。

3.根据权利要求1所述的一种高性能环境光接近光传感器芯片，其特征是：第一跨阻放大器(41)的跨阻增益与第二跨阻放大器(42)的跨阻增益的比等于第一光电二极管(1)感光面积与第二光电二极管(2)感光面积的比；第一跨阻放大器(41)将第一光电二极管(1)输出的光电流和暗电流放大为电压信号，第二跨阻放大器(42)将第二光电二极管(2)输出的暗电流信号放大为电压信号；第一跨阻放大器(41)的电压输出接入差分放大器(5)的同相输入端，第二跨阻放大器(42)的电压输出接入差分放大器(5)的反相输入端，差分放大器(5)的输出电压只与第一光电二极管(1)接收到的环境光强度相关。

4.根据权利要求1所述的一种高性能环境光接近光传感器芯片，其特征是：偏置电压模块(11)为第一光电二极管(1)、第二光电二极管(2)和单光子雪崩光电二极管(3)提供工作时所需要的反向偏置电压；偏置电压模块(11)受到差分放大器(5)输出电压的控制，当差分放大器(5)输出的电压较大时，需要降低单光子雪崩光电二极管(3)的偏置电压，防止单光子雪崩光电二极管(3)的计数率饱和。

5.根据权利要求1所述的一种高性能环境光接近光传感器芯片，其特征是：芯片中有多个单光子雪崩光电二极管(3)用来对接近光的探测，单光子雪崩光电二极管(3)工作在单光子探测模式，入射光子会引起单光子雪崩光电二极管(3)输出雪崩事件；淬灭电路阵列(6)中淬灭电路的淬灭电路数量与芯片中集成的单光子雪崩光电二极管(3)的数量一致，每个单光子雪崩光电二极管(3)的输出连接淬灭电路阵列(6)中对应淬灭电路的输入，淬灭电路的作用是对单光子雪崩光电二极管(3)输出雪崩事件进行淬灭和复位，同时输出一个标准晶体管-晶体管逻辑电平脉冲信号。