[發明專利]一種具有基線保持功能的輻射探測器讀出電路

在審

• 申請號: 202110238125.8
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113138406A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王巍;張定冬;張珊;劉博文;趙汝法
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01T1/17
• 分類號: G01T1/17;G01T1/172
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

本發明請求保護一種具有基線保持功能的輻射探測器讀出電路，包括電荷敏感放大器，濾波成形器，零極點消除電路，基線保持電路。其中，電荷敏感放大器輸出來自于輻射探測器收集的電荷信號，電荷放大器的輸出端連接零極點消除電路的輸入端，零極點消除的輸出端和基線保持電路的輸入端連接濾波成形器的輸入端，濾波成形器的輸出端和基線保持的輸出端都連接到輸出。本發明包括的電荷敏感放大器用于將探測器收集到的電荷信號積分為指數下降的電壓信號，零極點消除電路用于消除電路中產生的極點，濾波成形電路的作用是將零極點消除電路的脈沖信號整形為準高斯波形并濾除噪聲，基線保持電路負責在高頻事件輸入時基線穩定不變。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計技術領域，具體涉及一種探測器前端讀出電路，特別涉及一種輻射探測器讀出電路。

背景技術

輻射現象一經發現便應用于生活的各種領域，比如空間探測、高能物理、安檢、核醫學成像等，如何對輻射能量進行快速且準確的測量也就成為這些領域中最為關鍵的問題。輻射探測系統主要包括輻射探測器、前端讀出電路以及PC端的圖像重建。

經典的輻射探測讀出電路如圖1所示，電荷敏感放大器將輻射探測器收集到的電荷量轉化為電壓信號，再經過濾波成形器整形濾波之后輸出到后端。但是隨著應用場景越來越復雜。如在醫學成像中的正電子發射斷層成像(Positron Emission Tomography，PET)，對入射輻射事件的頻率要求越來越高，上述經典的前端讀出電路由于沒有基線保持或者基線恢復電路對CSA與SHAPER輸出基線的穩定作用，在高頻時會導致基線漂移，進而導致成形器輸出基線和峰值改變，典型值為輸入電荷為1fC，頻率為200KHz時基線漂移為20mV-30mV。嚴重影響檢測精度。基線恢復電路能有效的抑制基線的漂移，但是由于輻射信號的隨機性，需要引入龐大的邏輯控制電路，增加芯片面積的同時也會增加更多的噪聲。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種具有基線保持功能的輻射探測器讀出電路。本發明的技術方案如下：

一種具有基線保持功能的輻射探測器讀出電路，其包括電荷敏感放大器、零極點消除電路、濾波成形器及基線保持電路，電荷敏感放大器的輸入來自于輻射探測器收集的電荷信號，電荷敏感放大器的輸出端連接零極點消除電路的輸入端，零極點消除電路的輸出端分別和基線保持電路的輸入端、濾波成形器的輸入端相連接，濾波成形器的輸出端和基線保持的輸出端都連接到輻射探測器讀出電路的輸出端，電荷敏感放大器用于將輻射探測器采集到的電荷信號放大為電流信號，MN1為放大管，MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6為MN1提供所需要的電流，Cf為積分電容，對電荷信號進行積分，MN2為等效的泄放電阻，用于及時泄放積分電容上的電荷，零極點消除電路通過MRF引入一個零點，該零點能抵消電荷敏感放大器與濾波成形器之間的極點，濾波成形器的功能為濾除低頻和高頻噪聲并將電荷敏感放大器的輸出波形轉換為近高斯波形，通過R_SH1、C_SH1、R_SH2、C_SH2構成CR、RC濾波成形器執行濾波和整形的作用。及基線保持電路通過MP18和C_NL構成非線性回路以及NM12和CLP構成低通濾波回路，兩者同時對導致基線漂移的低頻直流信號進行限制，而對有用的高頻輻射信號具有免疫作用，達到保持基線的作用。