硅光電倍增器讀出電路的制作方法

專利名稱：硅光電倍增器讀出電路的制作方法
硅光電倍增器讀出電路下面的內容涉及光電二極管，且特別地涉及蓋革(Geiger)模式的雪崩光電二極管的陣列。已經發現這種光電二極管對于用在正電子發射斷層顯像(PET)和單光子發射計算機化斷層顯像(SPECT)系統、光學成像設備中的探測器的具體應用，以及其中部署了光電傳感器的陣列的其他應用。在醫療和其他領域中的各種應用依賴于低能級(low level)光脈沖的探測。PET系統例如包括探測表示在檢查區域中發生正電子衰變的、時間上一致的511千電子伏(keV)伽馬光子的輻射敏感探測器。該探測器包括響應于接收到的511keV伽馬而生成較低能量光子爆裂(burst)(典型地在可見光范圍內或附近)的閃爍器，且每個爆裂(burst)典型地包括在數十到數百納秒(ns)數量級的時間周期上散布的數百到數千數量級的光子。在飛行時間(TOF)PET系統的情況下，伽馬光子的相對到達時間已經被用于估計沿響應線(LOR)的正電子衰變位置。光電倍增管(PMT)已經常規地被用于探測由閃爍器產生的光子。然而，PMT是基于容量相對較大的真空管的設備，其不是特別適合需要高空間分辨率的應用。最近，已經引入了硅光電倍增器(SiPM)。SiPM已經包括探測器像素的陣列，其中每個像素包括數千數量級的、并聯地電連接的雪崩光電二極管(APD)單元。各種AH)單元以蓋革模式工作，其中每個單元包括粹熄電路(quenching circuit)。SiPM可以提供多個優點，包括相對緊湊的尺寸、良好的靈敏度以及良好的空間分辨率。而且，APD和他們的相關讀出電路通常可以被裝配在公共半導體襯底上。在日期為2006 年 10 月 26 日、且名稱為 “Digital SiIiconPhotomultipIier forT0F-PET” 的 PCT 公布 W02006/111883A2 中公開了包括以單元級別(at the cell level)實現的數字讀出電路的數字SiPM。如在該公布中更充分地公開的，所描述的結構可以被使用以提供特別有效的數字讀出機制(scheme)。然而，以單元級別實現讀出電路趨于增加專用于讀出電路的單元面積的百分比。反過來說，該布置趨于減少可用于光電二極管的面積并且因此減少該陣列的面積效率。另外，通常可以通過改進系統定時測量的準確性來增強系統性能。本申請的幾個方面解決了這些問題和其他的問題。
根據第一方面，一種裝置包括第一光電探測器單元和第二光電探測器單元。第一光電探測器單元包括第一雪崩光電二極管和第一電路。第一電路感測第一光電二極管的雪崩并且存儲指示所感測的雪崩的第一I位(比特)數字值。第二光電探測器單元包括第二雪崩光電二極管和第二電路。第二電路感測第二光電二極管的雪崩并且存儲指示所感測的雪崩的第二 I位(bit)數字值。根據另一方面，一種方法包括在光電探測器像素的多個光電探測器單元中，確定該單元的雪崩光電二極管是否產生指示雪崩的信號；將確定的結果作為I位數字值存儲在該單元的電路中；以及計數所存儲的數字值以產生指示雪崩數量的值。根據另一方面，一種光電探測器裝置包括多個光電二極管單元。這些單元包括雪崩光電二極管和讀出電路。該讀出電路包括提供(present)異步的I位數字光電二極管雪崩信號的第一輸出和提供同步的I位數字光電二極管雪崩信號的第二輸出。該裝置還包括計數所提供的同步信號的計數器和包括與第二輸出操作性電通信的觸發輸入的時間-數字變換器。根據另一方面，一種光電探測器包括半導體襯底、多個裝配在該襯底上的光電探測器單元。該單元包括雪崩光電二極管(20·8)和6晶體管SRAM單元。根據本發明的另一方面，一種光電探測器包括雪崩光電二極管、鎖存光子觸發電路(308)、光子觸發輸出(212)和光子數據輸出(214)。根據另一方面，一種光電探測器包括半導體襯底、裝配在該襯底上的第一光電傳感器、和裝配在該襯底上的第一光電傳感器讀出電路。第一讀出電路包括第一輸出啟動輸入、經由第一輸出啟動輸入有選擇地啟動的第一漏極開路數字輸出電路、以及第二漏極開路數字輸出電路。該光電探測器還包括裝配在所述襯底上的第二光電傳感器和裝配在所述襯底上的第二光電傳感器讀出電路。第二讀出電路包括第二輸出啟動輸入、經由第二輸出啟動輸入有選擇地啟動的第三漏極開路數字輸出電路、以及第四漏極開路數字輸出電路。本領域的技術人員通過閱讀并理解下面的詳細描述后將會理解本發明的其他方面。本發明可以具體化為各種組件和組件的布置以及各種步驟和步驟的布置。附圖僅僅是為了說明優選實施例的目的，并且不應當被解釋為限制本發明。圖I描繪成像系統。圖2A描繪探測器像素。圖2B描繪讀出序列。圖3描繪讀出電路。圖4描繪6晶體管靜態隨機存取存儲器(SRAM)單元。圖5、6、7和8描繪單元讀出電路。圖9描繪方法。參照

圖1，示例成像系統100包括一個或多個輻射敏感探測器102、數據采集系統103、圖像生成器104、以及操作者接口 106。輻射敏感探測器102包括一個或多個SiPMlOS1Y如下面進一步詳細描述的，SiPM108包括一個或多個探測器像素142^，其產生指示能量、到達時間、位置和/或由SiPM所探測的輻射的其他特性的輸出數據。波長轉換器110 (比如閃爍器)可以被提供以轉換引入輻射的波長，使之更接近地匹配SiPM108的敏感波長。在PET系統的示例情況下，SiPM108以一般環形或環狀布置被設置在檢查區域周圍。來自探測器102的信號由數據采集系統103接收，該數據采集系統產生指示所探測的輻射的數據。再次在PET系統的示例情況下，數據采集系統103產生由各種SiPM接收的、指示時間上一致(temporally coincident)的光子的投影數據。此處，所述系統包括飛行時間(time of flight)能力，飛行時間確定器使用由各種SiPM208接收的、一致的(coincident) 51 IKeV伽馬的相對到達時間，從而產生飛行時間數據。圖像生成器104使用來自采集系統103的數據，以產生圖像或指示所探測的輻射的其他數據。再次在PET系統的示例中，圖像生成器104包括迭代或其他重建器，其重建投影數據以形成體積或圖像空間數據。
使用者經由操作者接口 106與系統100進行交互，例如以控制系統100的工作、觀看或另外地處理來自圖像生成器104的數據，等等。應當理解，在成像系統100方面的變型是可預期的。在一個這種變型中，系統100還包括第二模態成像系統。再次對于PET系統的示例，第二模態系統可以包括X射線計算機斷層掃描(CT)、磁共振(MR)、x射線或其他系統。根據這種實現方式，第一和第二模態系統的檢查區域一般地物理上鄰近定位，從而減少或另外地回避對重定位正在被檢查的患者或其他對象的需要。而且，SiPM108可以用在除PET系統之外的其他系統中。非限制性示例包括SPECT系統、熒光和光學成像系統、高能物理和其他醫療和非醫療系統。此處，所述目的是探測光輻射或具有落入光電二極管的敏感波長范圍內的波長的其他輻射，也可以省略閃爍器110。現在將參照圖2A進一步描述示例像素142。如圖所示，像素142包括裝配在半導體襯底201上的多個探測器單元202^。單元202以包括多個行204^和/或列206^的 規則或其他陣列來組織。每個單元202包括被偏置以通過蓋革模式工作的APD 208，以及一起的單元讀出電路210。單元讀出電路210包括光子觸發輸出212和光子數據輸出214。觸發輸出212提供異步I位數字光電二極管雪崩信號。在PET或其他測量光子到達時間的系統的情況下，各種觸發輸出212操作性地連接到時間-數字變換器(TDC) 216，其生成指示光子到達時間(例如相對于公共的掃描器或系統時鐘)的數字時間戳。注意到，還可以提供確定電路以接受那些可能是所探測光子的結果的觸發信號，或反過來說，以拒絕那些可能是光電二極管黑暗計數(dark count)的結果的信號或其他偽信號。在2007年8月8日提交的、且名稱為“SiliconPhotomultiplier Trigger Network”的美國專利申請 No. 60/954，623 中，描述了一個合適的觸發線(trigger line)構造,該申請通過參照在此明確地整體引入。數據輸出214提供(present)同步I位(bit)數字光電二極管雪崩信號。單元讀出電路210還包括輸出啟動(或反過來觀察，輸出禁止)輸入220、重置輸入222、抑制狀態存儲啟動(或反過來觀察，抑制狀態存儲禁止)輸入223和抑制(inhibit)輸入224。輸出啟動輸入220使得數據輸出214能夠與單元202的讀出連接。重置輸入222接收在測量周期完結時或以其他方式重置單元202的信號。通過抑制啟動輸入223來啟動抑制輸入224，抑制輸入224接收抑制或禁止單元210的工作的抑制信號(inhibitsignal)。一種控制器或行解碼器250操作性地連接到數據采集系統120。如圖所示，控制器250包括對應于陣列的各個行204的重置、抑制啟動、和輸出啟動輸出。這些輸出連接到每一行204中單元210的對應的輸入。各個單元的這些數據輸出214和抑制輸入224以柱狀方式連接。因此，各個單元202 —般地在逐行的基礎上被啟動或重置，而在逐列的基礎上從單元202讀出或向單元202寫入數據。此處，各個單元202的各個觸發212和數據214輸出以線或非(NOR)布置連接，可以提供合適的預充電器電路264以使得各個觸發和數據線維持在高的或另外的失效狀態。像素讀出電路142還包括測試電路226。當像素以測試模式工作時，測試電路226測試陣列中的單元202的一個或多個特性并且生成指示測試結果的輸出信號。在一個實現方式中，測試電路226測試各個單元202的黑暗計數率并且產生用于那些具有超過期望值的黑暗計數率的單元202的抑制輸出信號。也如圖所示，測試電路226以柱形方式組織，從而使得來自列206的每一個的單元202能夠一般地被同時測試。在2007年6月25日提交的、且名稱為“PhotodiodeSelf-Test”的美國專利申請序列號60/954，998中，更全面地描述了測試電路226的一個示例實現方式，該申請通過參照明確地引入其全部內容。單元數據輸出214由壓縮器(compressor) 260和累加器262 (accumulator)來處理，他們協作以計數光子的數量并且因此提供指示由像素142在給定測量周期期間所探測的輻射能量的輸出。壓縮器260在逐行的基礎上接收每列206中的單元的數據輸出214，并且產生指示已經在測量周期期間探測了光子的行中單元202的數量的p位輸出。此處，所述陣列包括32個列206，例如壓縮器可以包括32個輸入并且產生6位輸出。累加器262 對來自每行的所壓縮數據進行累加或求和，以產生指示已經在測量周期期間探測了光子的單元202總數量的輸出。注意到，相對于其中以單元202電平實現計數功能的實現，以SiPM或像素電平實現一些或所有計數功能易于減少單元202電路的尺寸，因此還易于改進陣列的面積效率。像素接口 218提供具有數據采集系統103的合適的接口或系統100的其他期望的部分。現在參照圖2B描述合適的單元202讀出序列，應當理解，數據線214被預充電到邏輯高或另外的失效狀態。在讀出序列期間，各個輸出啟動線以期望的順序被激活，例如從陣列的頂部到底部，反之亦然。跡(trace)OE分別表示正被重置的或其輸出被啟動的行數(注意，_n表示低態有效信號)。CLK_DATA跡表示來自啟動行204的數據輸出214的值鎖存到壓縮器260-累加器262電路，并且RESET_DATA_n跡表示數據線的充電。現在轉向圖3，現在將描述示例讀出電路210。注意到，如本領域技術人員將理解的，為了解釋清楚起見已經省略了圖3中的某些項目之間的連接。如圖所示，讀出電路包括抑制狀態(inhibit status)存儲電路302，其與抑制啟動輸入223協作工作，以存儲經由抑制輸入224所接收的數字信號。簡單地轉到圖4，抑制狀態存儲電路可以經由標準的6晶體管靜態隨機存取存儲器(SRAM)單元402實現。SRAM單元402包括互補的正404和負406數據輸入，其接收來自測試電路226的抑制信號。注意到，為了減少以單元202電平的晶體管計數，測試電路226優選地被配置為提供補償的正和負邏輯輸出信號。該信號被存儲在單元402的正410和負412邏輯節點處，其提供補償的高態有效(EN)和低態有效(bEN)單元啟動信號。盡管抑制狀態存儲302的其他實現方式是預期的，但是所示的SRAM單元402的一個優點是，所需電路相對緊湊，這又易于改進陣列的面積效率。此處，如上面所注意的，典型的像素可以包括1000數量級或更多的單元202，這種緊湊可能特別重要。而且，如下面將進一步詳細描述的，SRAM單元402提供能夠由單元讀出電路210所利用的正和負邏輯輸出信號。回到圖3，單元抑制電路306基于由存儲器302所存儲的抑制狀態來抑制該單元202的工作，并且充電電路304響應于經由重置輸入222所接收的信號對光電二極管208充電。注意到，施加到光電二極管的充電電壓可以大于或另外地(otherwise)不同于提供給單元202的其他部分的電源電壓。當單元202被抑制(inhibit，禁止)時，光電二極管的再充電優選地被禁止(disable)。
鎖存光子觸發電路308感測光電二極管208的雪崩并且產生指示所感測雪崩的光子觸發信號。該信號被存儲為I位數字值，直到電路308經由重置輸入222而被重置。 來自鎖存觸發電路308的觸發信號由觸發輸出電路312接收,其產生單元觸發輸出信號212。觸發信號也由選擇性讀出電路310接收。經由輸出啟動輸入220啟動的選擇性讀出電路310產生單元數據輸出信號214，因此指示自從上一次重置開始光電二極管208的雪崩是否被探測。注意到，當單元202被抑制時，觸發輸出電路312和讀出電路310中的一個或兩個可以被禁止(disable)。現在轉到圖5，將更詳細地描述單元讀出電路的第一實施例502。如圖所示，經由串聯地電連接在上拉(pull-up)電壓源508與光電二極管208的陰極之間的P-溝道場效應晶體管(PFET) 504、506提供光電二極管208的有效再充電。PFET 504的柵極接收來自單元抑制存儲器302的bEN信號，而PFET 506的柵極接收來自重置輸入222的低態有效重置信號(bRE)。當單元202被抑制時，PFET 504因此禁止再充電電路，同時，PFET 506響應于重置信號而對光電二極管208再充電。由于bEN和bRE信號必須有效，以將光電二極管208的陰極連接到上拉電壓源并且因此對光電二極管208再充電，因此PFET504、506可以被認為是執行邏輯“與”功能。在重置之后，bRE信號被無效(deactivate)并且陰極被置于浮地(float)，直到下一次重置/再充電循環。PFET 512和N-溝道場效應晶體管(NFET) 514充當轉換光子觸發電路，其中PFET512和NFET 514的柵極接收來自光電二極管208陰極的信號。NFET 516、518串聯連接在光電二極管208陰極與邏輯地之間。NFET 518的柵極接收低態有效重置(bRE)信號，而NFET 518的柵極連接到觸發電路的輸出520。因此，在所示的實施例中，FETS512、514、516、518形成物理上相對緊湊的靜態鎖存器(latch)，其由來自光電二極管208陰極的下降(lowgoing)信號設置并且經由重置(bRE)信號重置。因此，鎖存觸發電路308的輸出520可以被認為是鎖存的光子觸發信號。NFET 516、518也充當有效猝熄電路，其熄滅遵循雪崩的光電二極管208。注意到，PFET512和NFET514的尺寸優選地被選擇，使得轉換器(inverter)切換電平比邏輯地相對更接近供給電壓。根據這種實現方式，雪崩易于被感測，并且遵循下降的光電二極管208的信號，對光電二極管208的有效熄滅開始相對較快。寄生脈沖(afterpulsing)也趨于減少。NFET510連接在光電二極管208的陰極與邏輯地之間，其柵極接收來自狀態存儲器302的低態有效啟動(bEN)信號。因此，當單元202被禁止時，陰極被拉到地。雖然光電二極管208保持反偏，但是該反偏電壓小于二極管擊穿電壓。注意到，當單元202被禁止時，觸發電路的輸出520是高的。NFET 522和524協作以產生觸發輸出212。如圖所示，在漏極開路配置中，NFET522的漏極連接到單元觸發輸出，并且NFET 522的柵極接收由觸發電路308產生的信號520。NFET串聯地連接在NFET522與邏輯地之間。其柵極接收來自抑制存儲器302的高態啟動(EN)信號。因此，響應于來自光電二極管208的信號，單元觸發輸出212被拉低。如果單元202的工作被抑制，NFET 522禁止該觸發輸出212。NFET 526、528、530協作以產生選擇性數據輸出214。NFET 526、528 —般類似于NFET 522、524運行。然而NFET 530串聯連接在NFET526的漏極與單元數據輸出214之間，且其柵極連接到高態輸出啟動(OE)輸入。因此，來自觸發電路308的數據被選擇性地提供給數據輸出314。注意到，當單元202被啟動時，所示的FET 522、524、526、528、530的配置趨于減少共享在數據214與觸發212線之間的電荷(charge)。可以省略NFET 526、528并且NFET530的源極直接連接觸發輸出520。盡管這種配置減少了單元202的組件計數，但是可以增加共享在數據與觸發線之間的電荷。在另一種變型中，NFET 524、528之一可以被刪除并且NFET 522,526的源極連接剩余NFET的漏極。圖6中示出單元讀出電路的第二實施例602。注意到，相對于圖5的實施例，已經省略了 NFET 524、528，同時已經增加了 NFET 604和PFET 606。NFET 604被電串聯地位于光電二極管208的陰極與觸發電路308的輸入之間。NFET 604的柵極連接到存儲器304的bEN輸出。 圖6的配置使得當單元202被禁止時觸發輸出520保持低態。與圖5的配置相t匕，當單元202被抑制時，這種配置趨于通過相應的NFET 522,526,530減少觸發212和數據214線的電容性負載。圖7中示出單元讀出電路的第三實施例702。注意到，相對于圖6的實施例，已經省略了 NFET 604和PFET 606，同時已經增加了 PFEI704和NFET 706。如將被理解的，所示的配置使得當單元202被禁止時觸發電路的輸出520保持低態。相對于圖6的實施例，NFET604的省略趨于改進觸發信號602的轉換速率(slew rate)，從而趨于改進單元觸發輸出的轉換速率并且因此改進光子定時測量的準確性。注意到，在前面的實施例中，讀出電路210已經連接到光電二極管208的陰極。其中讀出電路208連接到光電二極管的陽極的實施例是預期的。一般地，這可以通過把PFET換成NFET并且轉化各種控制信號來實現。因為NFET易于比可比尺寸的PFET更快，然而，提供觸發輸出信號的晶體管(即，NFET 522)應當保持為NFET。圖8中描繪了與圖5類似的陽極連接電路。本領域的技術人員將認識到，可以相似地修改圖6和7的實施例。現在將結合圖9描述工作過程。在902處，抑制數據被提供給APD陣列142的各個單元202，例如用于禁止傾向于黑暗計數的那些單元202的工作。在904處，檢查開始。在906處，各個像素142產生指示在期望的測量時間期間由像素所探測的光子或其他輻射的像素數據。在908處，如所示，重復該過程直到檢查完成。在910處，像素數據被處理以生成圖像空間或指示所探測的輻射的其他合適數據。在912處，所生成的數據以人類可察覺的形式提供(present)。注意到，該處理和提出步驟可以在檢查期間執行。變型是預期的。例如，在日期為2006年10月26日且名稱為“Digital SiliconPhotomultiplier for TOF-PET”的 PCT 公布 W02006/111883A2、2005 年 4 月 22 日提交的美國臨時專利申請序列號60/674，034以及2005年5月18日提交的美國臨時專利申請序列號60/682，226中還描述了其他合適的讀出電路和成像系統，上述專利申請的每一個都通過引用整體地合并于此。
各個單元讀出電路202和像素142的功能也可以根據需要修改以適合專用需求。在不需要光子定時數據的的應用中，例如可以省略觸發輸出212和TDC216。類似地，可以省略測試電路226、單元抑制電路306和/或單元狀態存儲器302，特別是在對各個單元的性能相對不敏感的應用中。作為另一個示例，可以省略數據輸出214、壓縮器260和累加器262，特別是在不需要光子計數的應用中。此外，觸發212和/或數據214輸出不必被配置為漏極開路輸出，且可以被配置為三態或其他合適的輸出。雪崩光電二極管也可以以除了蓋革模式之外的其他模式工作，并且也可以使用光電傳感器而不是雪崩光電二極管。也將被理解的是，為了解釋的一致，術語“列”已經被說明與垂直列相關，而術語“行”已經被說明與水平行相關，并且單元202可以以除了水平行和垂直列之外的其他方式分組。而且，單元202不必以行和列分組，并且可以以其他合適的配置或布置分組和/或訪問。已經參照優選實施例描述了本發明。其他人在閱讀并理解了前述詳細的描述之后可以發生修改和改變。意圖是，本發明被解釋為包括所有這樣的修改和改變，只要它們進入 所附權利要求或其等效物的范圍內。
權利要求
1.一種裝置包括 第一光電探測器單元(202)，包括 第一雪崩光電二極管(208)； 第一電路(210)，用于感測第一光電二極管的雪崩并存儲指示所感測的雪崩的第一 I位數字值； 第二光電探測器單元，包括 第二雪崩光電二極管； 第二電路(210)，用于感測第二光電二極管的雪崩并存儲指示所感測的雪崩的第二 I位數字值。
2.權利要求I的裝置，包括計數器(260，262)，用于計數第一和第二單元的I位數字值并產生指示所感測的雪崩的數量的計數值。
3.權利要求2的裝置，其中該計數器包括壓縮器(260)和累加器(262)。
4.權利要求I的裝置，其中第一光電探測器單元包括輸出(212)，其提供指示所感測的雪崩的信號，并且該裝置包括時間-數字變換器(216)，其具有與所述輸出進行操作性電通信的輸入。
5.權利要求I的裝置，其中第一光電探測器包括第一輸入(224)、提供存儲的數字值的數據輸出(214)、提供光子觸發信號的光子觸發輸出(212)以及作為經由第一輸入接收的信號的函數抑制光子觸發信號和存儲的數字值的提供的抑制電路(310)。
6.權利要求I的裝置，其中第一光電探測器單元包括存儲器電路(302)，其用于存儲指示所述單元的抑制狀態的數據，和數據輸出(214)，其用于提供存儲的數字值；以及抑制電路(310)，作為存儲的數據的函數抑制存儲的數字值的提供。
7.權利要求I的裝置，其中第一光電探測器單元包括第一輸入(222)并且第二光電探測器單元包括第二輸入，第一光電探測器單元響應于經由第一輸入接收的信號重置由第一電路存儲的數字值，并且第二光電探測器單元響應于經由第二輸入接收的信號重置由第二電路存儲的數字值。
8.權利要求I的裝置，其中第一和第二光電探測器單元形成第一探測器像素的一部分。
9.權利要求I的裝置，其中第一電路包括鎖存器，該鎖存器響應于所感測的雪崩鎖存指示該雪崩的數字值。
10.權利要求9的裝置，其中該鎖存器包括具有輸入和輸出的逆變器(512，514)，以及提供從輸出到輸入的反饋的半導體開關(516，518)。
11.權利要求I的裝置，其中該裝置形成正電子發射斷層顯像探測器的一部分。
12.權利要求I的裝置，其中該裝置形成包括正電子發射斷層顯像系統和第二形態成像系統的系統的一部分。
13.—種方法,包括 在光電探測器像素的多個光電探測器單元(202)中 確定該單元的雪崩光電二極管是否產生指示雪崩的信號； 將確定的結果作為I位數字值存儲在該單元的電路中； 計數所存儲的數字值以產生指示雪崩的數量的值。
14.權利要求13的方法，其中該單元被布置在包括第一行O(M1)和第二行(2042)的陣列中，并且計數包括 計數存儲在第一行的單元中的數字值以產生第一計數； 計數存儲在第二行的單元中的數字值以產生第二計數； 將第一和第二計數相加。
15.權利要求13的方法，包括 產生指示所確定的雪崩的信號； 使用該信號觸發時間-數字變換器。
16.權利要求13的方法，包括 產生指示所確定的雪崩的信號； 使用該信號觸發所存儲的數字值的讀出。
17.權利要求13的方法，包括將在第一單元的輸入處接收的數字信號存儲在第一單元的存儲器電路(302)中。
18.權利要求17的方法，其中該存儲器電路包括6晶體管SRAM單元。
19.權利要求17的方法，包括使用所存儲的數字信號改變第一單元的工作模式。
20.權利要求19的方法，其中使用所存儲的數字信號改變工作模式包括禁止第一單元的光子數據輸出(214)和光子觸發輸出(212)中的至少一個。
21.權利要求13的方法，包括響應于在第一單元的輸入(222)處接收的數字信號重置存儲在第一單元中的I位數字值。
22.權利要求21的方法，包括響應于所接收的數字信號對第一單元的光電二極管進行充電。
23.一種光電探測器裝置，包括 多個光電二極管單元(202)，其包括 雪崩光電二極管(208)； 讀出電路(210)，包括提供異步的I位數字光電二極管雪崩信號的第一輸出(212)，和提供同步的I位數字光電二極管雪崩信號的第二輸出(214)； 計數器(260，262)，用于計數所提供的信號； 時間-數字變換器(216)，包括與第二輸出進行操作性電通信的觸發輸入。
24.權利要求23的裝置，其中讀出電路存儲用于由第二輸出提供的光電二極管雪崩信號。
25.權利要求24的裝置，其中讀出電路包括第一輸入并且響應于經由第一輸入接收的信號重置存儲的雪崩信號。
26.權利要求24的裝置，其中讀出電路包括存儲雪崩信號的鎖存器。
27.權利要求26的裝置，其中讀出電路包括有效猝熄電路(516，518)，用于響應于來自第一鎖存器的信號熄滅第一光電二極管。
28.權利要求23的裝置，其中讀出電路包括存儲器(302)，并且異步信號的提供被抑制為存儲在存儲器中的值的函數。
29.權利要求23的裝置，其中讀出電路包括選擇性地啟動第二輸出的輸入(220)。
30.權利要求23的裝置，其中第一單元的第二輸出電連接到第二單元的第二輸出。
31.一種光電探測器，包括 半導體襯底(201)； 多個裝配在該襯底上的光電探測器單元(202)，其中該單元包括 雪崩光電二極管(208)； 6個晶體管的SRAM單元(402)。
32.權利要求31的光電探測器，其中SRAM單元包括正邏輯存儲節點(410)和負邏輯存儲節點(412)，并且該光電探測器單元包括讀出電路(210)，該讀出電路包括具有與正邏輯存儲節點操作性電通信的柵極的第一 FET (510，524，528，706)和具有與負邏輯存儲節點操作性電通信的柵極的第二 FET (504，510，604，706)。
33.權利要求31的光電探測器，包括裝配在襯底上的超過1000個光電探測器單元。
34.一種光電探測器，包括 雪崩光電二極管(208)； 鎖存光子觸發電路(308)； 光子觸發輸出(212)； 光子數據輸出(214)。
35.權利要求34的光電探測器，包括有效光電二極管猝熄電路，用于響應于來自光子觸發電路的光子觸發信號熄滅該光電晶體管。
36.權利要求34的光電探測器，包括有效光電二極管充電電路(304)。
37.權利要求34的光電探測器，該光電探測器包括第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式中，觸發電路的輸出(520)響應于來自光電二極管的信號從第一邏輯狀態轉換為第二邏輯狀態，在第二工作模式中，觸發電路保持在第一邏輯狀態。
38.權利要求37的光電探測器，包括半導體開關(706)，當光電探測器處于第二工作模式時，該半導體開關將觸發電路的輸出控制在第一邏輯狀態。
39.權利要求37的光電探測器，包括半導體開關(606)，當光電探測器處于第二工作模式時，該半導體開關將光子觸發電路的輸入控制在第一邏輯狀態。
40.一種光電探測器，包括 半導體襯底(201)； 裝配在襯底上的第一光電傳感器(208)； 裝配在襯底上的第一光電傳感器讀出電路(210),并且該電路包括第一輸出啟動輸入(220)、經由該第一輸出啟動輸入選擇性啟動的第一漏極開路數字輸出電路(214)和第二漏極開路數字輸出電路(214)； 裝配在襯底上的第二光電傳感器； 裝配在襯底上的第二光電傳感器讀出電路，并且該電路包括第二輸出啟動輸入、經由該第二輸出啟動輸入選擇性啟動的第三漏極開路數字輸出電路、和第四漏極開路數字輸出電路。
41.權利要求40的裝置，其中第二數字輸出電路提供光子觸發信號。
42.權利要求41的裝置，其中第一數字輸出電路提供存儲的光子觸發信號。
43.權利要求40的裝置，其中第二數字輸出電路包括第一FET (526)和第二 FET (530)，第一 FET包括與第一光電傳感器操作性電通信的柵極，第二 FET包括與輸出啟動輸入操作性電通信的柵極和提供第一數字輸出的漏極，第二數字輸出電路包括第三FET (512并且第三FET包括與第一光電傳感器操作性電通信的柵極和提供第二數字輸出的漏極。
44.權利要求40的裝置，其中第二數字輸出電路包括具有提供第一數字輸出的漏極的第一 FET (520)，第一讀出電路包括第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式中提供給第一 FET的柵極的信號響應于來自光電傳感器的信號從第一邏輯狀態轉換為第二邏輯狀態，而在第二工作模式中提供給第一 FET的柵極的信號保持在第一邏輯狀態中。
45.權利要求40的裝置，其中第一和第三數字輸出以有線的或非布置來連接。
全文摘要
一種硅光電倍增器(108)包括探測器像素(142)。該探測器像素包括單元(202)，該單元包括雪崩光電二極管(208)和讀出電路(210)。該讀出電路(210)包括抑制狀態存儲器(302)、充電電路(304)、單元抑制電路(306)、鎖存光子觸發電路(308)、讀出電路(310)和觸發輸出電路(312)中的一個或多個。
文檔編號G01T1/24GK102763005SQ200880102283
公開日2012年10月31日 申請日期2008年8月6日 優先權日2007年8月8日
發明者G·普雷謝爾, T·弗拉克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司