Diseño de una interfaz electrónica para diodos de avalancha de fotón único

Los diodos de avalancha de fotón único (SPADs) pertenecen a una familia de fotodiodos de avalancha (APDs) con capacidad de detección de fotón único que operan por encima de la tensión de ruptura (es decir, en modo Geiger). Las limitaciones de diseño y tecnología, como la corriente oscura, la probabilidad de detección de fotones y la disipación de potencia, imponen limitaciones inherentes a los dispositivos fotodiodos de avalancha. Además, tras la detección de un fotón, los SPADs requieren un tiempo muerto para la extinción de la avalancha y la recarga antes de poder detectar otro fotón. La reducción del tiempo muerto da lugar a una mayor eficiencia para la detección de fotones en aplicaciones de alta frecuencia. En este trabajo, se investigó una interfaz electrónica basada en la técnica de compensación polo-cero para reducir el tiempo muerto. Se diseñó y fabricó un generador de pulsos de nanosegundos para generar pulsos de voltaje comparable a los de un transistor de avalancha. La constante de tiempo de extinción (τq) no se ve afectada por la variación de la capacitancia de compensación, mientras que un aumento de aproximadamente el 30% en la τq está relacionado con las propiedades del op-amp específico utilizado en el diseño. Por el contrario, se observó que el tiempo de recuperación está fuertemente influenciado por la capacitancia de compensación. Se observaron reducciones en el tiempo de recuperación, de 927.3 ns a 57.6 ns y 9.8 ns, al variar la capacitancia de compensación en el rango de 5–0.1 pF. Los resultados experimentales de un SPAD combinado con una interfaz electrónica basada en un transistor de avalancha concuerdan estrechamente, proporcionando pulsos de salida similares a los de un SPAD iluminado.