一种消除模拟TOF阵列探测器FPN的两级CDS电路

提出了一种新颖的两级相关双采样(CDS)电路,用于消除基于时间幅度转换器(TAC)结构的高密度光子飞行时间(TOF)阵列探测器的固定模式噪声(FPN)。相比于传统的全差分电路,该电路的结构更加简单,每一级仅使用两个开关管和一个采样电容。电路采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺制造,面积仅为40μm×35μm,静态功耗仅为301μW。测试结果表明,所提出的两级CDS电路具有99.98%的高线性度,在1.8 V电源下实现了0.9 V的宽输出摆幅,FPN总量减少了54%以上。提出的CDS方案可以有效消除阵列的像素级和列级的FPN,非常适用于基于TAC的高密度TOF阵列探测器。     

单光子雪崩二极管的被动-主动混合抑制技术

采用主动快恢复技术,设计了缩短死时间的被动-主动相结合的抑制电路,制作出高量子效率、低噪声、死时间短的单光子探测器,探测器的死时间由原来的大于2μs缩短为小于100ns,计数率达到5 MHz以上.利用TAC/MCA技术对单光子雪崩二极管(SPAD)输出信号进行了光子自相关测量,研究了2个相邻单光子计数脉冲时间分布统计效应,直接观测到了采用被动-主动混合抑制技术后死时间的改善.     

基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子TOF传感器像素设计

设计了一种基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子飞行时间(TOF)传感器像素结构。针对传统单光子雪崩二极管(SPAD)结构的不足,采用p阱和STI共同作为保护环,避免器件提前发生边缘击穿从而减小器件面积,增加深n阱使有源区耗尽层变窄,从而降低雪崩击穿电压,增加硅外延层将器件的光谱响应峰值转移到所需要的光波长,以此提高器件对指定波长光的吸收能力。通过浮动SPAD阳极电压的方式,采用低压CMOS晶体管实现主动式淬灭电路从而快速地控制雪崩电流淬灭,以达到缩短死区时间的目的。通过SILVACO TCAD和Cadence IC设计套件对工艺、像素器件结构以及相关电路进行仿真,验证了该设计的可行性。     

用于超快光计时的时间数字转换器

设计了一款基于延迟锁定环(DLL)和同步计数器结构的10位片上时间数字转换电路(TDC).采用两步层级设计方法,利用同步计数器进行粗量化输出6位二进制码,量化时钟周期的整数倍,再利用高性能差分DLL输出16路固定相移的时钟信号采样,精量化不足一个时钟周期的部分,输出4位温度计码.该结构可以提供较好的精度、动态范围以及转换速度,与传统的子门延时TDC相比,该结构TDC占用的芯片面积更少,转换速度更高,受工艺、电压及温度影响更少.仿真结果表明:该TDC具有LSB 62.5 ps和MSB 64 ns的动态范围,满足一般与时间相关的单光子计数需要.     

非相干变频转换实现室温下红外单光子源

纳米金刚石中的NV-center(Nitrogen-Vacancy center)是目前室温下具有高发射率和稳定性的可见光波段单光子源,而如何实现及优化红外单光子源则是未来实现量子信息和量子通信应用的一大挑战.介绍了一种近期提出的实现红外单光子源的新型机制.该方法以金刚石中的NV-center作为可见光波段的单光子源,利用非相干变频转换实现室温下近红外波段稳定、无闪烁的单光子源.具体的实施方案为在中空芯光子晶体光纤中选择性地填充含有量子点的溶液,以可见光波段的单光子源作为激励源,选择合适的量子点即可得到红外波段的单光子源.中空芯光子晶体光纤保证了较高的单光子吸收效率以及荧光收集效率.该方案的实施在理论上可以达到26%的转换效率,而初步的实验得到了0.1%的转换效率.进一步分析了一些影响转换效率的因素,并提出了一些解决方案.     

基于飞行时间法的3D相机研究综述

基于飞行时间法(Time-of-Flight,TOF)的3D相机是一种体积小、误差小、抗干扰能力强、可直接输出深度信息的新型立体成像设备.目前,该类相机已成为测量成像领域的研究热点.本文首先介绍了TOF相机的发展历程及测量原理;随后对TOF相机测量误差来源及类型进行分析;接着将TOF技术与其他主流的三维成像技术进行对比...     

载流子迁移率测量的光电方法

本文评述了载流子迁移率测量的各种方法,着重介绍了光电测量的渡越时间(TOF)方法,并对几种新的含偶氮基、硝基及咔唑基的光电功能材料进行了测量,给出了迁移率的测量结果.     

一种高增益带宽CMOS全差分运算放大器的设计

介绍了一种采用折叠式共源共栅结构的高增益带宽全差分运算放大器的设计和实现,详细讨论了折叠式共源共栅放大器的电路结构、共源共栅偏置电路,以及开关电容共模反馈电路(SCCMFB).电路的设计基于CSMC 0.5μm DPTM 5V混合信号工艺.仿真结果表明,该电路在5V电源电压下具有64 dB直流开环增益、155 MHz单位增益带宽.通过在一款ADC电路中流片验证,该放大器达到设计指标要求.     

背景噪声对单分子光子统计的影响

我们利用HanburyBrown和Twiss探测方法来记录两个单光子计数器响应单分子源输出的每一个事件 ,直接计算触发式单分子光子源的Mandel参数Q。通过对触发式单分子源的Mandel参数QRS与含有相同平均光子数的具有Poisson分布的相干态的Mandel参数Qc进行比较来确定光子源统计分布特性。研究得到了一种计算触发式单光子源信噪比 (SBR)有效的方法。     

单点相位式TOF深度探测器研究与设计

设计了一种单点相位式TOF深度探测器,并提出了相应的深度数据校正模型和消除数据抖动的方法,有一定的实用价值.国内外非常关注单点TOF相机芯片研究,广泛应用于手机、生物医疗、构建三维场景等领域.本文设计完成了数字模块设计并对顶层状态机及时序驱动信号进行寄存器巧妙配置,与模拟部分结合提高系统集成度.设计对深度测量的系统误差...     

移动WSNs的能耗区路由

节点的移动对移动无线传感网络(MWSNs)路由设计提出了挑战.为此,提出基于接触时间的能耗区路由(CECA).CECA路由采用休眠-唤醒机制,降低了节点能耗.CECA路由利用源节点与信宿的位置信息构成圆角矩形区域,且只允许区域内的节点才能参与路由.通过节点移动信息,计算接触时间,并利用接触时间设置定时器,进而通过定时器...     

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(singlephoton 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。     

一种用于TOF激光雷达的多通道时数转换芯片设计

时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一种将连续时间信号转换为数字信号输出的器件,是飞行时间(TOF)激光雷达中的关键部件.在利用计数器粗采样和多相位内插细采样的传统结构上,设计了一种基于相位内插的双级粗细结合型时间数字转换电路,并增加了双回波接收通路来接收多脉冲回波信号,在此基础上设计了一款17通道多路TDC系统芯片.芯片采用CMOS 0.11 μm工艺设计,版图面积为0.6 mm×3 mm.后仿真结果显示,在1.2 V电源下其功耗小于100 mW,单输入精度平均值为51.7 ps,动态范围为3.4 μm,且线性度良好.该TDC芯片适用于飞行时间脉冲激光雷达的信号计时.     

铯原子喷泉的飞行时间信号

应用激光冷却与囚禁的铯原子喷泉是新一代的频率基准。报告了冷原子云上抛信号的序列测量 ,发表了飞行时间 (TOF)信号的基本估算公式 (估算原子云温度和TOF峰值信号强度 ) ,讨论了理论计算和实验测量的比较     

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。     

移动Ad hoc网络基于链路可用时间的动态源路由协议

为了提高链路的稳定性,增加路径可用时间,提出一种应用于移动Ad hoc网络的基于链路可用时间的动态源路由协议(LARP).该协议以路径可用时间作为路径评价的参数,优先选择具有最大路径可用时间的路径进行数据包传递.路径可用时间反映了当前节点移动对路径稳定性的影响,其数值取决于路径中的最小链路可用时间.仿真结果表明该协议相...     

基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配

提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案的影响。仿真结果表明,在指示单光子源下,量子存储的实际相干时间增加,使得系统的安全传输距离增大,且量子退相干效应对最终的密钥生成率的影响微弱。     

面向SNSPD系统的可拓展时间抖动测量模块

针对超导纳米线单光子探测器(SNSPD)应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换(TDC)单元和现场可编程门阵列(FPGA)单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55ps,测量数据呈线性,100ns以内时间精度低于36ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数(TCSPC)模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。     

单光子源和单光子探测器研究进展

在众多的量子信息方案中,光学方法是独特的,因为它们允许长距离的通信且提供量子计算新的方法.在光量子信息处理过程中,单光子源和探测器是很重要的一个方面.本文回顾了测量和产生单光子的方法,且讨论了它们在量子信息处理中的应用.     

量子保密通信的单光子源

光通信中采用量子保密技术,由单光子源发射光量子,加密系统进行光量子编码,单模光纤进行量子 码传输和保偏,实现了信息流的物理加密.单光子源可用双异质结LED或量子阱、量子点激光器经过强衰减得到.