Brevet FR3101729A1 — publié le 20210409

Extinction d'une SPAD La présente description concerne un dispositif (1) comprenant : une photodiode (100) dont une première borne est reliée par une résistance (R) à un premier noeud (104) configuré pour recevoir un potentiel haut d'alimentation (VH) et dont une deuxième borne est reliée par un interrupteur (102) à un deuxième noeud (106) configuré pour recevoir un potentiel de référence (GND) ; un circuit de lecture (110) configuré pour fournir une impulsion (OUT) lorsque la diode (100) entre en avalanche ; et un circuit de commande (126) configuré pour commander une ouverture de l'interrupteur (102) en réponse au début de ladite impulsion (OUT) et pour commander une fermeture de l'interrupteur en réponse à la fin de ladite impulsion (OUT). Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Extinction d'une SPAD La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques, et plus particulièrement les diodes à avalanche à photon unique ("Single Photon Avalanche Diode") ou SPAD. Pour détecter un photon unique, une diode ou photodiode SPAD est polarisée en inverse à une tension supérieure (en valeur absolue) à sa tension d'avalanche, ou dit autrement, la diode est en condition Geiger, ou mode Geiger. Dans ce mode, lorsqu'un photon unique atteint la diode, les porteurs libres photogénérés à partir de ce photon unique sont suffisamment accélérés par le champ électrique présent au niveau de la jonction de la diode pour créer des porteurs libres supplémentaires. La diode entre alors en avalanche et un courant circule dans la diode. Pour détecter à nouveau un photon unique, la diode doit alors être éteinte ("quenched" en anglais) en abaissant la tension à ses bornes en dessous de sa tension d'avalanche (en valeur absolue) pour vider la diode de ses porteurs libres, puis être replacée en condition Geiger. Un circuit d'extinction ("quench circuit" en anglais) est prévu à cet effet. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente, sous la forme d'un circuit, un mode de réalisation d'un dispositif comprenant une diode adaptée à une utilisation comme SPAD, et un circuit d'extinction de la diode ; la figure 2 représente des chronogrammes A et B illustrant le fonctionnement d'un mode de réalisation du dispositif de la figure 1 ; la figure 3 représente un chronogramme illustrant le fonctionnement d'un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 1 ; la figure 4 représente un chronogramme illustrant le fonctionnement d'encore un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 1 ; la figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 1 ; la figure 6 représente une autre variante de réalisation du dispositif de la figure 1 ; la figure 7 représente encore une autre variante de réalisation du dispositif de la figure 1 ; et la figure 8 représente encore une autre variante de réalisation du dispositif de la figure 1. Dispositif (1) comprenant : une photodiode (100) dont une première borne est reliée par une résistance (R) à un premier noeud (104) configuré pour recevoir un potentiel haut d'alimentation (VH) et dont une deuxième borne est reliée par un interrupteur (102), de préférence un transistor MOS, à un deuxième noeud (106) configuré pour recevoir un potentiel de référence (GND) ; un circuit de lecture (110) configuré pour fournir une impulsion (OUT) lorsque la diode (100) entre en avalanche ; et un circuit de commande (126) configuré pour commander une ouverture de l'interrupteur (102) en réponse au début de ladite impulsion (OUT) et pour commander une fermeture de l'interrupteur en réponse à la fin de ladite impulsion (OUT). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande (126) comprend une porte logique (136) comprenant une entrée configurée pour recevoir ladite impulsion (OUT) et une sortie (130) configurée pour fournir un signal de commande (cmd) de l'interrupteur (102). Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande (126) est en outre configuré pour contrôler la pente du signal de commande (cmd) en fonction d'une valeur d'un potentiel de réglage de pente (VC), lors d'une commutation du signal de commande (cmd) entrainant une fermeture l'interrupteur (102). Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le circuit de commande comprend un transistor MOS (140) connecté entre une borne d'alimentation (132) du circuit de commande (126) et une première borne d'alimentation de la porte (136) du circuit de commande (126), une grille du transistor MOS (140) étant configurée pour recevoir le potentiel de réglage de pente (VC). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, configuré pour interrompre un chemin conducteur reliant la deuxième borne de la diode (100) au deuxième noeud (106) via l'interrupteur (102) tant qu'un signal (EN) de désactivation du dispositif (1) est dans un premier état. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel : - un interrupteur supplémentaire (500) commandé par le signal (EN) de désactivation du dispositif (1) est connecté en série avec ledit interrupteur (102) entre la deuxième borne de la diode (100) et le deuxième noeud (106) ; ou - la porte (136) du circuit de commande (126) comprend une entrée configurée pour recevoir le signal (EN) de désactivation du dispositif (1). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le circuit de commande (126) est en outre configuré pour maintenir l'interrupteur (102) fermé tant qu'un signal (ACT) de désactivation du circuit de commande (126) est dans un premier état, de préférence, la porte (136) du circuit de commande (126) comprenant une entrée configurée pour recevoir le signal (ACT) de désactivation du circuit de commande (126). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le circuit de commande (126) comprend un transistor MOS (800) connecté entre une deuxième borne d'alimentation de la porte (126) du circuit de commande et le deuxième noeud (106), une grille du transistor étant configurée pour recevoir un signal (ACT) de désactivation du circuit de commande (126). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un pont diviseur capacitif (C1, C2) connecté entre la première borne de la diode (100) et le deuxième noeud (106), une borne d'entrée (112) du circuit de lecture (110) étant connectée à un nœud intermédiaire (108) du pont diviseur capacitif. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le circuit de lecture (110) est en outre configuré pour modifier une durée de l'impulsion (OUT) en fonction d'une valeur d'un potentiel (VA) de réglage de durée d'impulsion. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le circuit de lecture (110) comprend un transistor MOS (124) connecté entre une borne d'alimentation (116) du circuit de lecture (110) et le nœud intermédiaire (108), une grille du transistor MOS (124) étant configurée pour recevoir le potentiel (VB) de réglage de durée d'impulsion. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le circuit de lecture (110) comprend une porte logique (120), de préférence un inverseur, comprenant une borne d'entrée reliée, de préférence connectée, au nœud intermédiaire (108), et une borne de sortie (122) configurée pour fournir ladite impulsion (OUT). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le circuit de lecture (110) et le circuit de commande (126) sont connectés chacun entre le deuxième noeud (106) et un troisième noeud (114) configuré pour recevoir un potentiel bas d'alimentation (VL). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant en outre un circuit (142) de limitation de potentiel configuré pour limiter un niveau maximal de potentiel sur la deuxième borne de la diode (100), de préférence, le circuit de limitation de potentiel comprenant une diode supplémentaire (142) connectée entre la deuxième borne de ladite diode (100) et un nœud (144) configuré pour recevoir un potentiel intermédiaire d'alimentation (VI). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant en outre une capacité (CA) connectée entre la deuxième borne de ladite diode (100) et le deuxième noeud (106). Capteur d'images comprenant une pluralité de dispositifs (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, de préférence agencés en matrice, chaque dispositif (1) formant de préférence un pixel du capteur.