SPAD单光子探测器的SPICE模型及其CQC淬火电路研究

在盖革模式下工作的雪崩光子二极管(APD)也称为单光子雪崩光子二极管(single photon avalanche photon diode,SPAD)是一种常用于激光测距成像领域的单光子探测器.本文针对SPAD探测应用中的淬火问题,设计了一种电容淬火(capacitive quenching circuit,CQC)电路.首先,根据SPAD器件的性能参数,建立了SPAD的SPICE等效模型,并通过无源淬火电路验证了该模型.其次,基于该等效模型的基础上,仿真验证了所设计的CQC淬火电路的淬火效果.仿真结果表明:所设计的CQC电路不仅具有门控有源淬火电路的优点,而且具有更稳定的偏置电压和击穿电流.本文设计的CQC淬火电路的淬火时间和恢复时间分别为16 ns和41 ns,基本可满足单光子测距的应用需求.     

用于SPICE模拟高频互连效应的RLC电路模型

提出了一个用于ＳＰＩＣＥ模拟高频互连 应的ＰＣＬ互连电路模型,该模型考虑了频率对互连电感、电阻的影响,适用于从芯片间互连到芯片内互连高频效应的分析。基于所提出的互连模型,对频率达１０００ＭＨｚ时芯片内长互连线的延迟、串扰、过冲等互连寄生效应进行了分析,并指出了抑制互连效应的技术途径。     

单光子雪崩二极管SPICE仿真模型的建立和应用

单光子雪崩二极管(SPAD)作为一种高效的光子探测器件被广泛应用于量子通信和三维成像等领域。在Cadence中建立了一个SPAD的Spice模型,通过Verilog-A语言,采用两个e指数函数的组合,以连续函数的方式描述了SPAD在盖革模式区等效电阻的动态变化。这两个e指数函数分别体现了高阻区和低阻区的等效电阻特性,解决了分段电阻模型仿真不收敛的问题。该Spice模型模拟了SPAD器件在“接收光子-雪崩产生脉冲-淬灭-复位”工作过程中的动态特性和SPAD从正偏到二次击穿的静态I-V特性。将其应用到4种不同淬灭电路的仿真中,验证了该模型的有效性和稳定性。     

kA级脉冲电流注入环的SPICE电路模型

在考核电力/电子设备抗强电磁脉冲性能的千安培（kA）级脉冲电流注入试验中,注入环通过感性耦合的方式将脉冲源输出能量加载到受试设备端口,是注入试验平台的重要组成部分.为解决kA级电流注入环的时域电路仿真难题,本文以Montena IC3B型注入环为例,采用多段集总参数电路串联的方法,建立了考虑分布参数因素的kA级注入环SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)电路模型;并依据注入环磁芯材料特性,对端口阻抗测试数据进行了分频段拟合,采用粒子群优化算法求取了电路模型参数;最后将该模型应用于kA级脉冲电流注入平台的整体电路仿真,并进行了实验验证,结果表明该模型具有较高的时域仿真精度,可用于电力/电子设备强电磁脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作.     

基于InGaAs/InP探测器的单光子探测电路研究

单光子探测技术利用单个光子作为信息载体,可以突破现有激光探测极限,是目前国内外应用基础研究的热点。采用InGaAs/InP APD(Avalanche Photodiode)探测1064 nm激光时,存在较大的暗计数和后脉冲概率,影响探测的准确率。对比分析了3种淬灭方式对单光子探测电路性能的影响,门控淬灭相比被动淬灭和主动淬灭有更小的死时间,对暗计数和后脉冲概率有更好的抑制作用。针对门控淬灭方式对比研究了正弦门控滤波法、自差分法、双APD平衡法和电容平衡法4种方案,以有效降低门控信号产生的尖峰噪声。通过对正弦门控滤波法探测电路的优化设计与调试,探测电路的死时间为9.3 ns,在9%的探测效率下暗计数率为1.64×10~(-6)/ns,后脉冲概率为3%。     

基于解析电导率模型的相变存储器SPICE模型

在相变存储器的外围电路设计中,相变存储单元的电路模型是连接器件与电路的桥梁。在本文中,提出了一种基于解析电导率模型的相变存储器电路模型,与前面的工作相比,该模型利用解析电导率模型代替了使用传统模型中需要利用测试结果建模的缺点,可以通过材料的参数计算相变存储单元的电阻,能够反映相变材料中的载流子传输特性。同时,基于等温假设,提出了解析温度模型,并基于JMA方程建立的相变动力学模型,结果表明,该模型能够进行相变存储单元瞬态与稳态电路仿真,并与测试结果符合较好。     

线缆EMP耦合机理分析及其SPICE模型

介绍了线缆EMP耦合SPICE模型方法的求解过程,即把分布源等效为集总源,在线缆两端加载等效激励源进行仿真分析,从而把场线耦合问题转化为电路求解问题,并通过算例验证了该方法分析效率高、方便快捷、精度可靠.     

金属半导体金属光探测器电路模型的研究

本文给出一个可为开发计算机辅助分析软件采用的完整的ＭＳＭ－ＰＤ电路模型。采用该模型对一个ＧａＡｓ ＭＳＭ－ＰＤ的直流光电特性模拟分析结果与已报道的实验结果符合很好。     

线性模式主被动碲镉汞APD探测器测试研究

碲镉汞雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）探测器在主被动模式下能同时获取目标物体的强度信息和时间信息,实现实时的三维探测。高精度时间标定的测试方法是验证三维测距的基础。文中分析了盖革模式和线性模式的优缺点,针对一种线性模式主被动HgCdTe APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对TOF计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对系统和环境噪声进行了测试,得到噪声带来的时间抖动为179 ps。对测试仪器带来的固定时延进行了校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行了理论分析,在77 K下完成了线性模式HgCdTe APD探测器的主、被动信息的测试。测试结果得到低温下电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me?,时间精度抖动的均方根为2.107 ns,证明该测试平台和方法能有效地评估探测器的性能,为红外精准探测提供了参考。     

一种用于自由运转SPAD的高速淬灭电路设计

针对标准CMOS工艺的单光子雪崩探测器(Single Photon Avalanche Detector,SPAD),设计了 一种可用于自由运转模式的高速淬灭电路.为了实现淬灭电路的功能设计与精准仿真,根据实测的SPAD电流-电压曲线拟合得到了电流与电压间的多段式函数解析式,进一步建立了 SPAD器件的Verilog-A行为级模型并与淬灭电路进行集成仿真与验证.淬灭电路采用基于电容感应的主被动淬灭结构,利用可变MOS电容的延迟电路实现了关断时间(Hold-off Time)的灵活调节.仿真结果表明,所设计淬灭电路的淬灭时间和恢复时间分别为1.0和1.2 ns,关断时间调节范围为1.02～3.55 μs,可以满足自由运转CMOS SPAD的应用需求.     

VDMOS等效电路的SPICE模型

分析了VDMOS器件中存在的各种寄生效应以及这些寄生效应对器件性能的影响,在此基础上建立了VDMOS等效电路的SPICE模型.通过MEDICI数值分析软件,模拟VDMOS在不同偏置条件下的电压、电流、电容特性,从而提取出VDMOS等效电路模型参数.并用SPICE软件对等效电路仿真,进行了直流分析和瞬态分析,得到等效电路的电学特性曲线图.仿真的结果与MEDICI器件模拟工具模拟结果相互比较,具有较好的一致性.     

通用光电二极管SPICE模型与特性分析

提出一种普适光电二极管 SPICE模型用于 ANACAD ELDO电路模拟 ,并能分析其光源的光谱特性 ,比较 ELDO模拟和器件数值模拟结果说明 ,该模型可成功用于光学微系统的电路模拟     

单光子雪崩二极管猝熄电路的发展

单光子雪崩二极管(SPAD)是工作在击穿电压上的雪崩光电二极管(APD).对于极弱光学信号的探测,例如超高音速飞行器早期预警的应用,SPAD可能是理想的探测器选择.SPAD必须与猝熄电路配套工作.基于pn结等效电路模型,分析了适用于SPAD雪崩猝熄的基本电路结构,例如被动、主动以及混合猝熄电路等.对于SPAD器件测试和...     

单光子雪崩二极管探测系统测试与设计分析

随着在弱光探测量子通讯领域研究的深入,光子探测逐渐成为国内外研究的热点.基于Si单光子雪崩光电二极管探测系统,介绍了系统相关性能参数以及相应的测试方法,对主要结构、性能指标和外界环境条件进行了综合性分析,总结并设计了一套完整的测试平台以及测试手段用于对单光子探测系统主要性能进行测试.测试平台采用主动与被动淬火电路两种方式对样品进行测试,结果表明了其相关参数与外偏置电压的非简单线性关系,与理论推理进行比较验证,并讨论了测试平台的优化方案.     

激光云高仪单光子探测器混合抑制电路研究与设计

简述单光子探测器对于激光云高仪研究的重要作用。在了解单光子探测器SPAD基本工作原理的基础上,搭建SPAD的被动抑制电路,实验得出SPAD的死时间在2 ?s以上,只能适用于单光子计数率小于500 kHz的场合。为了减少单光子探测器的死时间,提高单光子计数率,设计了雪崩被动淬灭电压主动恢复的混合抑制电路,通过精密的时序控制,探测器的死时间缩短为100 ns,单光子计数率上升至10 MHz。理论上激光云高仪的空间分辨率可达15 m,单光子探测器SPAD混合抑制电路对于激光云高仪的工作性能以及顺利研制有着重要意义。     

垂直腔体面发射激光器等效电路模型在SPICE下的实现

介绍了一个基于速率方程的垂直腔体面发射激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型在电路模拟程序Pspice下得到了实现,其仿真结果与实验数据十分吻合。用C语言编写了一个可以自动生成VCSEL宏模型的网表自动生成器。