半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路制造技术

本发明专利技术请求保护一种半导体碲锌镉探测器的高能X射线核脉冲准高斯整形放大电路，包括半导体碲锌镉探测器、50Ω匹配电路、增益放大电路、极零相消电路、基线恢复电路、滤波成形电路、50Ω线性驱动电路以及电源滤波电路；本发明专利技术优点在于：在整个成型系统设计上，通过加入极零相消电路，减小下冲对信号的影响，将偏移的信号拉回原位，保持信号的完整性。通过频率因子和幅度因子进行参数变换，使信号的幅度得以放大，提高电路带负载能力，输出的波形更接近高斯波形，使系统的信噪比最佳。

Nuclear pulse quasi Gauss shaping amplifier for semiconductor tellurium cadmium cadmium detector

The invention requests the protection of a high energy X ray nuclear pulse quasi Gauss shaping amplifier for semiconductor tellurium telluride detector, including semiconductor telluride zinc cadmium detector, 50 Omega matching circuit, gain amplification circuit, zero cancellation circuit, baseline recovery circuit, filter forming circuit, 50 Omega linear drive circuit and power filter circuit. The advantages of the invention are as follows: in the design of the whole forming system, the effect of the undershoot on the signal is reduced by adding a zero cancellation circuit, and the offset signal is pulled back in situ, and the integrity of the signal is maintained. By using frequency factor and amplitude factor to transform the parameters, the amplitude of the signal is magnified, and the load capacity of the circuit is improved. The output waveform is closer to the Gauss waveform, so that the signal to noise ratio of the system is best.

【技术实现步骤摘要】
半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路
本专利技术属于面向高能X射线领域半导体碲锌镉探测器领域，尤其涉及半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路。
技术介绍
高能X射线诊断系统一直是托卡马克磁约束核聚变装置的一项重要诊断手段。在低杂波驱动(LowerHybridCurrentDrive,LHCD)或者电子回旋加热(ElectronCyclotronResonanceHeating,ECRH)模式下，等离子体中的快电子与离子和其他电子相互作用产生轫致辐射、复合辐射，从而产生20-200keV高能X射线，测量该高能X射线的能谱和强度分布情况，可以获取快电子的空间分布、能量分布以及随时间的变化等重要信息，进而可以推导出射频功率沉积和快电子电流等物理特性，为托卡马克装置驱动效果研究提供重要途径。通常，半导体核辐射探测器晶体材料的电极输出信号需要经过前置放大和整形放大两个过程。在传统核辐射探测电子学电路里，如果采用像素阵列电极CdZnTe晶体进行能谱探测，更多的探测通道数就意味着更多的信号甑别电路及多道分析电路，整个探测系统的脉冲信号处理电路会十分繁杂及庞大，所以目前通常采用具有更低成本、更高信号处理速率的小体积高速数字处理系统。数字化信号处理分析技术通过将整形脉冲信号数字采样、保持及后处理，使得高能辐射诊断系统的电路更为紧凑，集成度更高。这一数字信号处理系统最大的优点是在时间分辨率和能量分辨率能力上具有更高的灵活性。这意味着如果信号电平较低，则计数时间会相应增加，同时能道也会展宽以确保更好的能谱统计结果。如果信号电平较高，系统将采用更精细的能道区间以获得更高的能量分辨率。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种抑制系统噪声、滤除高频的信号噪声，使成形波形尽可能的接近无限尖顶脉冲，使系统获得最佳的信噪比的半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路。本专利技术的技术方案如下：一种半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，包括半导体碲锌镉探测器，其还包括50Ω匹配电路、增益放大电路、极零相消电路、基线恢复电路、滤波成形电路、50Ω线性驱动电路以及电源滤波电路。其中，所述碲锌镉探测器输出核脉冲电子学信号给50Ω匹配电路，所述50Ω匹配电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小信号损耗，所述极零相消电路，用于使输出波形成为无下冲的单极性脉冲，而且尾部衰减时间大为缩短，从而提高抗过载能力，减少过载失效时间，所述基线恢复电路，用于改善电路在电抗参数造成的基线偏移，所述滤波成形电路，用于将基线恢复后的信号采用最少级的准高斯滤波对信号进行处理，传递过程中通过时间因子和幅度因子进行参数变换求解，获得高斯成形系统的单位冲激响应，进行傅里叶变换转换到频域响应，根据频率响应结果获得整形放大电路最优电容值及电阻值，通过sallen-key滤波电路整形获得具有极小脉宽的准高斯脉冲信号，继而测量该高能X射线的能谱和强度分布情况；所述50Ω线性驱动电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小信号损耗，所述电源滤波电路，用于对电源信号进行滤波减小干扰对电路的影响。进一步的，所述50Ω匹配电路包括电阻R1-R4、电容C1及放大器U1A，所述碲锌镉探测器分别与电阻R1、电容C1相连接，所述电容C1分别与电阻R2、放大器U1A的输入正极相连接，所述放大器U1A的输入负极与电阻R4相连接，所述放大器U1A的负极还通过电阻R3与放大器U1A的输出端相连接，所述电阻R1-R4、碲锌镉探测器P1均接地。进一步的，所述增益放大电路包括U1B放大电路，极零相消电路包括电阻R5-R8，电容C2及放大器U1B。所述极零相消电路与前级放大器U1A相连接，所述电容C2分别与电阻R5，电阻R6，及放大器U1B正相输入端相连接。所述电阻R7分别与放大器U1B反相端、输出端，电阻R8，电容C3连接。所述放电阻R6、电阻R8均接地。进一步的，所述基线恢复电路包括电容C26，电阻R29-R31和二极管D1。所述电容C26与电阻R29和电阻R31相连接，二极管D1和电阻R31和电阻R30相连接。电阻R29和二极管D1及碲锌镉探测器P1均接地。进一步的，所述滤波成形电路U2A放大器和U2B放大器及U3A放大器，电容C3-C13，电阻R9-R19，电容C32-C33。所述核脉冲准高斯整形放大电路U2A中C3和电阻R9-10相连接。电阻R11分别和电容C4电阻R12相连接。放大器U2A正相端和电阻R12相连接，U2A反相端与电阻R13及R14相连接，U2A放大器输出端与R13相连到反相端。电容C7和电容C8与电阻R12。相连接。电容C5及C6并联分别连接到U2A输出端及电阻R12和R11。电阻R15与电容C9相连接并连接到电阻R16最终连接到放大器U2B。电阻R9，电容C4，电容C7-C9，电容C32-C33均接地。所述放大器U2B中电阻R17与电阻R16，电容C10和C11相连接然后通过电容连接到放大器U2B的输出端。电阻R17与放大器U2B正相端，电容C12电容C13相连接，电阻R20与电容C14和放大器U2B输出端相连接。电阻R18与电阻R19，放大器U2B反相端和输出端相连接，电容C12-C14，电阻R19均接到地。所述放大器U3A中电阻R21和电阻R22电容C15相连接，电容C16分别与电阻R22和放大器U3A正相端连接，电阻R23分别与电阻R24和放大器U3A的反相端和输出端相连接。电容C15分别与电阻R21与R22及放大器U3A输出端相连接。电容C35连接U3A的正电源，电容C34连接U3A的负电源。电容C33-C34，电容C16，电阻R24均连接到地。进一步的，所述50Ω线性驱动电路以及电源滤波电路包括电感L1-L4，电容C24-C25，所述电源滤波电路中电感L2与放大器U3A和放大器U2A正电源相连接，电感L1与放大器U1A和放大器U2A正电源相连接。电感L3与放大器U3A和放大器U2A负电源相连接，电感L4与放大器U1A和放大器U2A负电源相连接，电容C24与放大器U3A正电源和电感L2相连接，电容C25与放大器U3A负电源和电感L3相连接，电容C24-C24均接地。进一步的，所述准高斯滤波成形电路通过时间因子和幅度因子进行参数变换后是一个二次微分方程，并在时域中进行求解，获得高斯成形系统的单位冲激响应，进行傅里叶变换转换到频域响应，根据频率响应测量该高能X射线的能谱和强度分布情况。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术a.探测器电流脉冲并不是理想冲击信号，存在着一定宽度和一定形状，而电子学系统中脉冲整形电路对于信号响应受到脉冲信号峰值及半高宽(FWHM)的影响，输出信号幅度会随之发生变化，而电流脉冲信号的峰值及半高宽(FWHM)在某些探测器中往往亦是随机变化的，因而也会引起谱线展宽。本准高斯滤波整形放大方法设计中的极零相消电路设计使高能X射线核脉冲宽度尽可能变窄，这样可以尽量减少信号堆积和一定程度上避免基线涨落。同时它可以减小径迹亏损同时使信号的顶部比较平坦。此电路还可以防止信号过大造成后续放大器饱和使信号失真，同时使信号都为单极性信号，尽量消除信号尾部的反冲现象。b.准高斯整形放大电路对后续的脉冲幅度分析具有及其重要的作用，对能谱仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，包括半导体碲锌镉探测器，其特征在于，还包括50Ω匹配电路、增益放大电路、极零相消电路、基线恢复电路、滤波成形电路、50Ω线性驱动电路以及电源滤波电路；其中，所述碲锌镉探测器输出核脉冲电子学信号给50Ω匹配电路，所述50Ω匹配电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小碲锌镉探测器前置放大电路输出信号的损耗，所述极零相消电路，用于使输出波形成为无下冲的单极性脉冲，所述基线恢复电路，用于改善电路由电抗参数造成的基线偏移，所述滤波成形电路，用于将基线恢复后的信号采用最少级的准高斯滤波对信号进行处理，传递过程中通过时间因子和幅度因子进行参数变换求解，获得高斯成形系统的单位冲激响应，进行傅里叶变换转换到频域响应，根据频率响应结果获得整形放大电路最优电容值及电阻值，通过sallen‑key滤波电路整形获得具有极小脉宽的准高斯脉冲信号，继而测量获得高能X射线的能谱和强度分布情况；所述50Ω线性驱动电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小信号损耗；所述电源滤波电路，用于对电源信号进行滤波。

【技术特征摘要】
1.一种半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，包括半导体碲锌镉探测器，其特征在于，还包括50Ω匹配电路、增益放大电路、极零相消电路、基线恢复电路、滤波成形电路、50Ω线性驱动电路以及电源滤波电路；其中，所述碲锌镉探测器输出核脉冲电子学信号给50Ω匹配电路，所述50Ω匹配电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小碲锌镉探测器前置放大电路输出信号的损耗，所述极零相消电路，用于使输出波形成为无下冲的单极性脉冲，所述基线恢复电路，用于改善电路由电抗参数造成的基线偏移，所述滤波成形电路，用于将基线恢复后的信号采用最少级的准高斯滤波对信号进行处理，传递过程中通过时间因子和幅度因子进行参数变换求解，获得高斯成形系统的单位冲激响应，进行傅里叶变换转换到频域响应，根据频率响应结果获得整形放大电路最优电容值及电阻值，通过sallen-key滤波电路整形获得具有极小脉宽的准高斯脉冲信号，继而测量获得高能X射线的能谱和强度分布情况；所述50Ω线性驱动电路，用于对核脉冲电子学信号进行阻抗匹配以减小信号损耗；所述电源滤波电路，用于对电源信号进行滤波。2.根据权利要求1所述的半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，其特征在于，所述50Ω匹配电路包括电阻R1-R4、电容C1及放大器U1A，所述碲锌镉探测器分别与电阻R1、电容C1相连接，所述电容C1分别与电阻R2、放大器U1A的输入正极相连接，所述放大器U1A的输入负极与电阻R4相连接，所述放大器U1A的负极还通过电阻R3与放大器U1A的输出端相连接，所述电阻R1-R4、碲锌镉探测器P1均接地。3.根据权利要求2所述的半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，其特征在于，所述增益放大电路包括U1B放大电路，极零相消电路包括电阻R5-R8，电容C2及放大器U1B。所述极零相消电路与前级放大器U1A相连接，所述电容C2分别与电阻R5，电阻R6，及放大器U1B正相输入端相连接，所述电阻R7分别与放大器U1B反相端、输出端，电阻R8，电容C3连接，所述放电阻R6、电阻R8均接地。4.根据权利要求1所述的半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，其特征在于，所述基线恢复电路包括电容C26、电阻R29-R31和二极管D1，所述电容C26与电阻R29和电阻R31相连接，二极管D1和电阻R31和电阻R30相连接，电阻R29和二极管D1及碲锌镉探测器P1均接地。5.根据权利要求1所述的半导体碲锌镉探测器核脉冲准高斯整形放大电路，其特征在于，所述滤波成形电路包括U...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎淼，丁科宇，赵明坤，周守森，周本杰，何丰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50