[發明專利]半導體碲鋅鎘探測器核脈沖準高斯整形放大電路

在審

• 申請號: 201711374991.X
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108306624A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 黎淼;丁科宇;趙明坤;周守森;周本杰;何豐
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H03F3/68
• 分類號: H03F3/68;H03F1/56;H03K5/02;G01T1/24
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發明請求保護一種半導體碲鋅鎘探測器的高能X射線核脈沖準高斯整形放大電路，包括半導體碲鋅鎘探測器、50Ω匹配電路、增益放大電路、極零相消電路、基線恢復電路、濾波成形電路、50Ω線性驅動電路以及電源濾波電路；本發明優點在于：在整個成型系統設計上，通過加入極零相消電路，減小下沖對信號的影響，將偏移的信號拉回原位，保持信號的完整性。通過頻率因子和幅度因子進行參數變換，使信號的幅度得以放大，提高電路帶負載能力，輸出的波形更接近高斯波形，使系統的信噪比最佳。

技術領域

本發明屬于面向高能X射線領域半導體碲鋅鎘探測器領域，尤其 涉及半導體碲鋅鎘探測器核脈沖準高斯整形放大電路。

背景技術

高能X射線診斷系統一直是托卡馬克磁約束核聚變裝置的一項重 要診斷手段。在低雜波驅動(LowerHybrid Current Drive,LHCD)或者電 子回旋加熱(ElectronCyclotron Resonance Heating,ECRH)模式下，等離 子體中的快電子與離子和其他電子相互作用產生軔致輻射、復合輻射， 從而產生20-200keV高能X射線，測量該高能X射線的能譜和強度分 布情況，可以獲取快電子的空間分布、能量分布以及隨時間的變化等 重要信息，進而可以推導出射頻功率沉積和快電子電流等物理特性， 為托卡馬克裝置驅動效果研究提供重要途徑。

通常，半導體核輻射探測器晶體材料的電極輸出信號需要經過前 置放大和整形放大兩個過程。在傳統核輻射探測電子學電路里，如果 采用像素陣列電極CdZnTe晶體進行能譜探測，更多的探測通道數就意 味著更多的信號甑別電路及多道分析電路，整個探測系統的脈沖信號 處理電路會十分繁雜及龐大，所以目前通常采用具有更低成本、更高 信號處理速率的小體積高速數字處理系統。數字化信號處理分析技術 通過將整形脈沖信號數字采樣、保持及后處理，使得高能輻射診斷系 統的電路更為緊湊，集成度更高。這一數字信號處理系統最大的優點 是在時間分辨率和能量分辨率能力上具有更高的靈活性。這意味著如 果信號電平較低，則計數時間會相應增加，同時能道也會展寬以確保 更好的能譜統計結果。如果信號電平較高，系統將采用更精細的能道 區間以獲得更高的能量分辨率。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種抑制系統噪聲、 濾除高頻的信號噪聲，使成形波形盡可能的接近無限尖頂脈沖，使系 統獲得最佳的信噪比的半導體碲鋅鎘探測器核脈沖準高斯整形放大電 路。本發明的技術方案如下：

一種半導體碲鋅鎘探測器核脈沖準高斯整形放大電路，包括半導體 碲鋅鎘探測器，其還包括50Ω匹配電路、增益放大電路、極零相消電 路、基線恢復電路、濾波成形電路、50Ω線性驅動電路以及電源濾波 電路。

其中，所述碲鋅鎘探測器輸出核脈沖電子學信號給50Ω匹配電路， 所述50Ω匹配電路，用于對核脈沖電子學信號進行阻抗匹配以減小信 號損耗，所述極零相消電路，用于使輸出波形成為無下沖的單極性脈 沖，而且尾部衰減時間大為縮短，從而提高抗過載能力，減少過載失 效時間，所述基線恢復電路，用于改善電路在電抗參數造成的基線偏 移，所述濾波成形電路，用于將基線恢復后的信號采用最少級的準高 斯濾波對信號進行處理，傳遞過程中通過時間因子和幅度因子進行參 數變換求解，獲得高斯成形系統的單位沖激響應，進行傅里葉變換轉 換到頻域響應，根據頻率響應結果獲得整形放大電路最優電容值及電 阻值，通過sallen-key濾波電路整形獲得具有極小脈寬的準高斯脈沖信 號，繼而測量該高能X射線的能譜和強度分布情況；所述50Ω線性驅 動電路，用于對核脈沖電子學信號進行阻抗匹配以減小信號損耗，所 述電源濾波電路，用于對電源信號進行濾波減小干擾對電路的影響。

進一步的，所述50Ω匹配電路包括電阻R1-R4、電容C1及放大 器U1A，所述碲鋅鎘探測器分別與電阻R1、電容C1相連接，所述電 容C1分別與電阻R2、放大器U1A的輸入正極相連接，所述放大器 U1A的輸入負極與電阻R4相連接，所述放大器U1A的負極還通過電 阻R3與放大器U1A的輸出端相連接，所述電阻R1-R4、碲鋅鎘探測 器P1均接地。