一种硅像素探测器读出系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种硅像素探测器读出系统及方法，其特征在于，包括由M行N列的若干像素单元组成的像素阵列；像素阵列中的每两列像素单元组成对应的双列像素模块，相邻的n个双列像素模块组成对应的超级列像素模块，若干超级列像素模块组成列区块像素模块；像素阵列中的若干像素单元组成像素集模块，其中，n≤N；每一像素单元内均设置有模拟信号处理电路；每一像素集模块均设置有时间数字转换电路；每一所述超级列像素模块均设置有超级列控制器；每一列区块像素模块均设置有列区块控制器；读出控制器，用于读出每一列区块控制器内存储的数据，本发明专利技术可以广泛应用于半导体探测器技术领域中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种硅像素探测器读出系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体探测器
，特别是关于一种硅像素探测器读出系统及方法。

技术介绍

[0002]在构建像素探测器的过程中，最大的挑战之一是设计出合适的具有数千个电子通道的像素芯片。像素芯片包括有规则排列的像素阵列单元，像素芯片上的电路通过击中信息传输至每一像素芯片的底部，再传输至芯片外部。每一像素电路必须提供传感器电荷的低噪声放大、击中识别和合适的读出方法，必须保证模拟和数字有明确的阈值和有足够的速度。因此，数字读出方法必须处理更高的数据量，必须更快的将数据传输出去。
[0003]然而，现有技术中的硅像素探测器读出系统、方法只可同时读取被击中像素地址和时间信息，或者只可读取能量信息，甚至只可读取能量模拟信号，无法处理更高的数据量。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够快速读出硅像素探测器能量、时间和位置信息的硅像素探测器读出系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一方面，提供一种硅像素探测器读出系统，包括由M行N列的若干像素单元组成的像素阵列；
[0006]所述像素阵列中的每两列所述像素单元组成对应的双列像素模块，相邻的n个所述双列像素模块组成对应的超级列像素模块，若干所述超级列像素模块组成对应的列区块像素模块；所述像素阵列中的若干所述像素单元组成对应的像素集模块，其中，n≤N；
[0007]每一所述像素单元内均设置有模拟信号处理电路，用于当所述像素单元被粒子击中时获取入射粒子产生的电信号，并产生对应的击中标志位信号；
[0008]每一所述像素集模块均设置有时间数字转换电路，用于测量对应所述像素集模块击中的时间信息，并根据对应所述像素集模块内所有的击中标志位信号，产生像素集击中标志位信号；
[0009]每一所述超级列像素模块均设置有超级列控制器，用于根据对应所述超级列像素模块中所有的像素集击中标志位信号，产生读出击中标志位信号；根据对应所述超级列像素模块中所有的电信号，产生能量信号；以及存储所有有效读出击中标志位信号对应的所有有效像素集击中标志位信号对应的所述像素集模块的数据；
[0010]每一所述列区块像素模块均设置有列区块控制器，用于读出并存储每一所述超级列控制器内存储的数据；
[0011]读出控制器，用于读出每一所述列区块控制器内存储的数据。
[0012]进一步地，每一所述像素集模块均包括s
×
s个像素单元，s≤n。
[0013]进一步地，每一所述模拟信号处理电路均包括：
[0014]CMOS像素传感器，用于当所述像素单元被粒子击中时，获取入射粒子产生的电信号；
[0015]放大电路，用于对所述CMOS像素传感器获取的电信号进行放大；
[0016]比较器，用于对放大后的电信号进行阈值鉴别，当电信号大于所述比较器阈值时产生击中标志位信号；
[0017]能量输出电路，用于输出放大后的电信号至对应所述超级列控制器，以及输出产生的击中标志位信号至对应所述时间数字转换电路；
[0018]数字信号处理及存储器，用于存储击中所述像素单元的位置信息和对应所述能量输出电路输出的电信号。
[0019]进一步地，所述时间数字转换电路对对应所述像素集模块内所有所述像素单元的击中标志位信号进行OR运算，产生像素集击中标志位信号。
[0020]进一步地，每一所述超级列控制器均包括：
[0021]超级列读出器，用于对对应所述超级列像素模块中产生的所有像素集击中标志位信号进行OR运算，产生读出击中标志位信号；
[0022]所述超级列读出器还用于当读出击中标志位信号有效时，依次扫描每一像素集击中标志位信号是否有效，当像素集击中标志位信号有效时，则输出该所述像素集模块中每一所述像素单元的放大后的电信号；
[0023]区域模数转换器，用于基于所述超级列读出器的控制，根据有效像素集击中标志位信号对应的每一所述像素单元的放大后的电信号，产生数字能量信号；
[0024]第一先进先出存储器，用于存储读出命中信号有效时，对应的所有有效像素集击中标志位信号对应的所述像素集模块中第一个所述像素单元的地址、该所述像素集模块的时间信息以及该所述像素集模块内所有所述像素单元的数字能量信号。
[0025]进一步地，每一所述列区块控制器均包括：
[0026]令牌环读出控制模块，用于采用令牌环读出的方式，将所述列区块像素模块中所有所述超级列控制器内存储的数据读出；
[0027]第二先进先出存储器，用于存储所述令牌环读出控制模块读出的数据。
[0028]进一步地，所述读出控制器读出各所述列区块控制器内存储的数据采用令牌环读出的方式。
[0029]另一方面，提供一种硅像素探测器读出方法，包括：
[0030]设置上述硅像素探测器读出系统；
[0031]当某一像素单元被粒子击中时，该像素单元内的模拟信号处理电路获取入射粒子产生的电信号，并产生击中标志位信号；
[0032]该像素单元对应的像素集模块中，时间数字转换电路根据对应像素集模块内所有的击中标志位信号，产生像素集击中标志位信号；
[0033]该像素集模块对应的超级列像素模块中，超级列控制器根据对应超级列像素模块中产生的所有像素集击中标志位信号，产生有效的读出击中标志位信号；
[0034]当读出击中标志位信号有效时，该像素集模块对应的超级列像素模块中，超级列控制器根据对应超级列像素模块中所有像素单元测量的电信号，产生能量信号，并存储所有有效像素集击中标志位信号对应的所述像素集模块的数据；
[0035]该像素集模块对应的列区块像素模块中，列区块控制器读出并存储每一超级列控制器内存储的数据；
[0036]读出控制器读出所有列区块控制器内存储的数据，并传输至外部。
[0037]进一步地，所述当某一像素单元被粒子击中时，该像素单元内的模拟信号处理电路获取入射粒子产生的电信号，并产生击中标志位信号，包括：
[0038]当某一像素单元被粒子击中时，该像素单元内模拟信号处理电路的CMOS像素传感器获取入射粒子产生的电信号；
[0039]放大电路对CMOS像素传感器获取的电信号进行放大；
[0040]比较器对放大后的电信号进行阈值鉴别，当电信号大于比较器阈值时产生击中标志位信号；
[0041]能量输出电路输出放大后的电信号至对应超级列控制器，并输出产生的击中标志位信号至时间数字转换电路；
[0042]数字信号处理及存储器存储击中像素单元的位置信息和对应能量输出电路输出的电信号，并将存储的信息通过读出构架判选传输至芯片外部。
[0043]进一步地，所述当读出击中标志位信号有效时，该像素集模块对应的超级列像素模块中，超级列控制器根据对应超级列像素模块中所有像素单元测量的电信号，产生能量信号，并存储所有有效像素集击中标志位信号对应的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅像素探测器读出系统，其特征在于，包括由M行N列的若干像素单元组成的像素阵列；所述像素阵列中的每两列所述像素单元组成对应的双列像素模块，相邻的n个所述双列像素模块组成对应的超级列像素模块，若干所述超级列像素模块组成对应的列区块像素模块；所述像素阵列中的若干所述像素单元组成对应的像素集模块，其中，n≤N；每一所述像素单元内均设置有模拟信号处理电路，用于当所述像素单元被粒子击中时获取入射粒子产生的电信号，并产生对应的击中标志位信号；每一所述像素集模块均设置有时间数字转换电路，用于测量对应所述像素集模块击中的时间信息，并根据对应所述像素集模块内所有的击中标志位信号，产生像素集击中标志位信号；每一所述超级列像素模块均设置有超级列控制器，用于根据对应所述超级列像素模块中所有的像素集击中标志位信号，产生读出击中标志位信号；根据对应所述超级列像素模块中所有的电信号，产生能量信号；以及存储所有有效读出击中标志位信号对应的所有有效像素集击中标志位信号对应的所述像素集模块的数据；每一所述列区块像素模块均设置有列区块控制器，用于读出并存储每一所述超级列控制器内存储的数据；读出控制器，用于读出每一所述列区块控制器内存储的数据。2.如权利要求1所述的一种硅像素探测器读出系统，其特征在于，每一所述像素集模块均包括s
×
s个像素单元，s≤n。3.如权利要求1所述的一种硅像素探测器读出系统，其特征在于，每一所述模拟信号处理电路均包括：CMOS像素传感器，用于当所述像素单元被粒子击中时，获取入射粒子产生的电信号；放大电路，用于对所述CMOS像素传感器获取的电信号进行放大；比较器，用于对放大后的电信号进行阈值鉴别，当电信号大于所述比较器阈值时产生击中标志位信号；能量输出电路，用于输出放大后的电信号至对应所述超级列控制器，以及输出产生的击中标志位信号至对应所述时间数字转换电路；数字信号处理及存储器，用于存储击中所述像素单元的位置信息和对应所述能量输出电路输出的电信号。4.如权利要求1所述的一种硅像素探测器读出系统，其特征在于，所述时间数字转换电路对对应所述像素集模块内所有所述像素单元的击中标志位信号进行OR运算，产生像素集击中标志位信号。5.如权利要求1所述的一种硅像素探测器读出系统，其特征在于，每一所述超级列控制器均包括：超级列读出器，用于对对应所述超级列像素模块中产生的所有像素集击中标志位信号进行OR运算，产生读出击中标志位信号；所述超级列读出器还用于当读出击中标志位信号有效时，依次扫描每一像素集击中标志位信号是否有效，当像素集击中标志位信号有效时，则输出该所述像素集模块中每一所述像素单元的放大后的电信号；
区域模数转换器，用于基于所述超级列读出器的控制，根据有效像素集击中标志位信号对应的每一所述像素单元的放大后的电信号，产生数字能量信号；第一先进先出存储器，用于存储读出命中信号有效时，对应的所有有效像素集击中标志位信号对应的所述像素集模块中第一个所述像素单元的地址、该所述像素集模块的时间信息以及该所述像素集模块内所有所述像素单元的数字能量信号。6.如权利要求1所述的一种硅像...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛晓阳，赵承心，杨海波，李先勤，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：