一种应用于辐射探测器的前端读出电路制造技术

本发明专利技术请求保护一种应用于辐射探测器的前端读出电路，属于微电子技术领域，包括预放大器、零极点消除电路及成形器；其中，来自探测器的信号，从输入端口进入预放大器，预放大器的输出端与零极点消除电路的输入端相连，零极点消除电路的输出端与成形器的输入端相连，成形器的输出端输出电压信号。本发明专利技术包括预放大器、零极点消除电路及成形器，预放大器用于放大探测器输出的电荷信号，零极点消除电路用于减小指数衰减信号的时间常数并消除输出信号下冲，成形器用于过滤噪声并调整波形，通过零极点消除电路改善输出波形，从而实现辐射探测器信号的前端读出。器信号的前端读出。器信号的前端读出。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于辐射探测器的前端读出电路


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种应用于辐射探测器的前端读出电路。

技术介绍

[0002]针对医疗影像诊断领域医生、病人、病灶三大要素，碲锌镉多能谱探测器具有超低辐射剂量、超精细的物理分辨率、革命性的能谱分析能力，对现有诊断系统产品整机性能具有本质性的提升。为了充分发挥碲锌镉多能谱探测器的优点，将其应用于辐射成像。
[0003]传统读出电路如图1所示。探测器输出的电荷信号经过预放大器，转换为电压信号，然后经过成形器过滤噪声并调整波形。由于该设计方案属于级联系统，在整个系统输出时，预放大器和成形器各自的零极点都相互影响。传统读出电路成形输出波形波形如图2所示。在同一电荷信号的输入情况下，连续的输入导致信号的堆叠，反映在图中，则为成形后输出波形的幅值不同，基线漂移。
[0004]因此，本领域技术人员需要提供一种技术方案，能够减小或消除该系统中，预放大器和成形器零极点的相互影响，提高输出波形的质量，主要体现在输出波形的幅值以及基线的稳定性上。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种应用于辐射探测器的前端读出电路。本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其包括：输入端口、预放大器、零极点消除电路、成形器及输出端口；其中，来自探测器的信号与输入端口相连接，从输入端口与预放大器的输入端相连接，预放大器的输出端与零极点消除电路的输入端相连，零极点消除电路的输出端与成形器的输入端相连，成形器的输出端输出电压信号；
[0007]所述预放大器通过NMOS管M5以及PMOS管M3进行二级放大，放大探测器输出的电荷信号，所述零极点消除电路通过电阻R
PZ
以及电容C1来减小指数衰减信号的时间常数并消除输出信号下冲，所述成形器通过电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2以及一个放大器组成CR
‑
RC滤波器，用于过滤噪声并调整波形。
[0008]进一步的，所述预放大器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6、电容C
f
及电阻R
f
，其中PMOS管M1的栅极与V
BIAS1
相连，PMOS管M1的源极与VDD相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M2的源极相连，PMOS管M2的栅极与V
BIAS2
相连，PMOS管M2的漏极分别与电容C
f
的一端、NMOS管M4的漏极以及PMOS管M3的栅极相连，NMOS管M4的栅极与V
BIAS3
相连，NMOS管M4的源极与NMOS管M5的漏极相连，NMOS管M5的源极与GND相连，NMOS管M5的栅极分别于电容C
f
的另一端、电阻R
f
的一端以及IN相连，PMOS管M3的源极与VDD相连，PMOS管M3的漏极分别与电阻R
f
的另一端以及NMOS管M6的漏极相连，NMOS管M6的栅极与V
BIAS4
相连。
[0009]进一步的，预放大器中，VDD为电源线，GND为地线，V
BIAS1
、V
BIAS2
、V
BIAS3
及V
BIAS4
为偏置信号，IN为探测器输入信号，当探测器输入信号后，预放大器将输入的电荷放大并转换为电
压信号，由节点1输出，其中节点1为PMOS管M3的漏极分别与电阻R
f
的另一端以及NMOS管M6的漏极相连的点。
[0010]进一步的，所述预放大器，其特征在于，预放大器输入端等效总电容为C
if
[0011]C
if
＝C
i
+(1+A
o
)C
f
[0012]其中，C
i
为输入端总电容，A
o
为开环增益，C
f
为反馈电容。
[0013]当开环增益A
o
很大时，(1+A
o
)C
f
＞＞C
f
，输入电荷Q主要积累在反馈电容C
f
上，输出电压幅值近似于C
f
上的电压，即
[0014][0015]反馈电容C
f
为一个定值，所以所述预放大器输出电压只与输入电荷有关，实现放大探测器输入的电荷信号的功能。
[0016]进一步的，所述零极点消除电路包括电阻R
PZ
及电容C1,电阻R
PZ
的一端与节点1及电容C1的一端相连，由节点1输入，并由节点2输出，其中节点2为电阻R
PZ
的另一端与节点1及电容C1的另一端相连的点。
[0017]进一步的，所述零极点消除电路，具体包括：
[0018]理想预放大器，输出信号v0的时域函数为
[0019][0020]其中，Q
i
为输入电荷，C
f
为反馈电容，R
f
为反馈电阻，t表示时间，Q
i
τ
f
＝R
f
C
f
为预放大器的时间函数；
[0021]理想成形器的输出v
s
的时域函数为
[0022][0023]其中，Q
i
为输入电荷，C
f
为反馈电容，R
f
为反馈电阻，τ为成形器时间常数，τ
f
为预放大器时间常数。
[0024]令成形器时间常数τ与预放大器时间常数τ
f
的比值为λ，则
[0025][0026]所以信号下冲的幅度和宽度由λ决定。
[0027]添加零极点消除电路后，成形器输出v
s
的频域函数为
[0028][0029]其中，Q
i
为输入电荷，C
f
为反馈电容，R
PZ
、R1以及R2为电路设计的电阻，C1以及C2为电路设计的电容，s表示时域，n表示成形器阶数。
[0030]将电路设计为
[0031]C
f
R
f
＝C1R
PZ
[0032]则成形器输出v
s
的频域函数改写为
[0033][0034]预放大器时间常数τ
f
＝R
PZ
C
f
，成形器时间常数τ＝R1C1＝R2C2；
[0035]通常情况下τ
f
＞＞τ，因此R
PZ
||R1≈R1[0036]预放大器的极点与成形器的零点相互抵消，指数衰减信号的时间常数由τ
f
减小至τ。
[0037]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，包括：输入端口、预放大器、零极点消除电路、成形器及输出端口；其中，来自探测器的信号与输入端口相连接，从输入端口与预放大器的输入端相连接，预放大器的输出端与零极点消除电路的输入端相连，零极点消除电路的输出端与成形器的输入端相连，成形器的输出端输出电压信号；所述预放大器通过NMOS管M5以及PMOS管M3进行二级放大，放大探测器输出的电荷信号，所述零极点消除电路通过电阻R
PZ
以及电容C1来减小指数衰减信号的时间常数并消除输出信号下冲，所述成形器通过电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2以及一个放大器组成CR
‑
RC滤波器，用于过滤噪声并调整波形。2.根据权利要求1所述的一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，所述预放大器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6、电容C
f
及电阻R
f
，其中PMOS管M1的栅极与V
BIAS1
相连，PMOS管M1的源极与VDD相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M2的源极相连，PMOS管M2的栅极与V
BIAS2
相连，PMOS管M2的漏极分别与电容C
f
的一端、NMOS管M4的漏极以及PMOS管M3的栅极相连，NMOS管M4的栅极与V
BIAS3
相连，NMOS管M4的源极与NMOS管M5的漏极相连，NMOS管M5的源极与GND相连，NMOS管M5的栅极分别于电容C
f
的另一端、电阻R
f
的一端以及IN相连，PMOS管M3的源极与VDD相连，PMOS管M3的漏极分别与电阻R
f
的另一端以及NMOS管M6的漏极相连，NMOS管M6的栅极与V
BIAS4
相连。3.根据权利要求2所述的一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，预放大器中，VDD为电源线，GND为地线，V
BIAS1
、V
BIAS2
、V
BIAS3
及V
BIAS4
为偏置信号，IN为探测器输入信号，当探测器输入信号后，预放大器将输入的电荷放大并转换为电压信号，由节点1输出，其中节点1为PMOS管M3的漏极分别与电阻R
f
的另一端以及NMOS管M6的漏极相连的点。4.根据权利要求2或3所述的一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，预放大器输入端等效总电容为C
if
C
if
＝C
i
+(1+A
o
)C
f
其中，C
i
为输入端总电容，A
o
为开环增益，C
f
为反馈电容。当开环增益A
o
很大时，(1+A
o
)C
f
＞＞C
f
，输入电荷Q主要积累在反馈电容C
f
上，输出电压幅值近似于C
f
上的电压，即反馈电容C
f
为一个定值，所以所述预放大器输出电压只与输入电荷有关，实现放大探测器输入的电荷信号的功能。5.根据权利要求4所述的一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，所述零极点消除电路包括电阻R
PZ
及电容C1,电阻R
PZ
的一端与节点1及电容C1的一端相连，由节点1输入，并由节点2输出，其中节点2为电阻R
PZ
的另一端与节点1及电容C1的另一端相连的点。6.根据权利要求5所述的一种应用于辐射探测器的前端读出电路，其特征在于，所述零极点消除电路，具体包括：理想预放大器，输出信号v0的时域函数为
其中，Q
i
为输入电荷，C
f
为反馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵汝法，唐晓斌，张定冬，王巍，樊琦，
申请(专利权)人：重庆中易智芯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：