[發明專利]一種消除電荷共享裝置及像素探測系統

有效

• 申請號: 202010142848.3
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111337967B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 崔珊珊;魏微;李貞杰;張杰;任佳義;李航旭;劉鵬;朱科軍;江曉山;王錚
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T1/17
• 分類號: G01T1/17;G01T1/29
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發明公開一種消除電荷共享裝置及像素探測系統，所述消除電荷共享裝置包括：前置電路、最大邏輯電路、求和過閾電路、仲裁邏輯電路和計數電路；前置電路用于根據芯片輸出的信號生成中心像素的甄別信號；最大邏輯電路用于將中心像素的甄別信號與中心像素相鄰西、北、西北三個像素的甄別信號進行比較，確定中心像素的最大值信號；求和過閾電路用于將中心像素的甄別信號與中心像素相鄰西、北、西北三個像素的甄別信號進行求和后與全局閾值比較，得到中心像素的求和過閾信號；仲裁邏輯電路用于仲裁判斷，獲得仲裁信號；計數電路用于根據仲裁信號確定是否加一，以實現消除電荷共享進而提高像素探測系統的探測效率。

技術領域

本發明涉及電荷共享技術領域，特別是涉及一種消除電荷共享裝置及像素探測系統。

背景技術

探測器是一套由專用傳感器陣列及其電路構成的信號采集系統，其作為獲取粒子反應產生的新粒子信息的裝置，在高能物理領域有著廣泛的應用。而在目前主流的多種探測器中，像素探測器又以其良好的集成度、高位置分辨率常常在高能物理實驗探測系統中處于關鍵地位。其中，光子計數型探測器以其高計數率和良好能量分辨特性在高能物理以外的輻射探測和成像領域也有著廣泛的應用。

所謂的光子計數法，就是基于傳統的核電子學探測方法，先對入射信號進行電荷積分與放大，然后通過過閾甄別的方法轉換為數字脈沖，再通過計數器進行累加計數，相當于完成了對入射光通量的數字積分。

像素探測器在進行能量探測時，當X光或帶電粒子在傳感器內產生電子空穴對后，電子空穴對將沿電場方向漂移到收集極表面，進而被讀出電路接收放大。在這一過程中，電荷束團的直徑將隨漂移過程不斷增加，其在收集極平面上的束斑大小與漂移距離直接相關，當束斑同時擊中幾個像素時，各像素所接收的電荷量之和為束團的實際能量，即電荷共享效應。

在光子計數型探測器中，分布于不同像素的同一束斑電荷有可能因多數過閾而導致重復計數，也有可能因為電荷較為分散且在閾值之下而導致計數丟失，這兩種情況都將使得探測器的能量分辨率降低，從而影響探測器的探測效率。

考慮到電荷共享效應造成計數偏差的根本原因，消除方法可以歸納為“多像素總電荷統計”和“多像素束斑中心仲裁”兩種方法的結合。“多像素總電荷統計”主要是為了準確獲得束斑的總能量，即通過束斑的總能量與能量閾進行比較，決定是否進行計數累加，而非在各像素中獨立進行判斷。這樣就消除了目前系統在總能量較大時可能導致多像素過閾的重復計數問題。“多像素束斑中心仲裁”主要是為了準確獲知束斑擊中中心，通俗的說就是為了獲知應該在哪個像素進行計數累加動作。直觀的辦法即是將多個擊中像素中信號最大的像素作為擊中位置，這樣就消除了目前產品中當總能量較小而導致的全部擊中像素均不過閾的計數丟失問題。以上兩項邏輯仲裁必須相互配合，單獨任意一種都無法構成電荷共享效應決策的充要條件。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種消除電荷共享裝置及像素探測系統，以實現消除電荷共享進而提高像素探測系統的探測效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種消除電荷共享裝置，所述消除電荷共享裝置包括：

前置電路，用于根據前一級探測器輸出的信號生成中心像素的甄別信號；

最大邏輯電路，與所述前置電路連接，用于將中心像素的甄別信號與中心像素相鄰西、北、西北三個像素的甄別信號進行比較，確定中心像素的最大值信號；

求和過閾電路，與所述前置電路連接，用于將中心像素的甄別信號與中心像素相鄰西、北、西北三個像素的甄別信號進行求和后與全局閾值比較，得到中心像素的求和過閾信號；

仲裁邏輯電路，分別與所述最大邏輯電路和所述求和過閾電路連接，用于將所述中心像素的求和過閾信號、所述中心像素的最大值信號、中心像素相鄰的東、南、東南三個像素的最大信號以及與中心像素相鄰的東南像素的求和過閾信號進行仲裁判斷，獲得仲裁信號；