【摘 要】
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随着X射线探测器的发展,因其具有高分辨率、高探测效率等特点,而被广泛应用于医疗、工业、科研等领域,应用领域的普遍性和应用环境的复杂性对其成像质量提出了更高的要求。X射线探测器读出电路作为X射线探测系统的核心电路,国内对其关键技术掌握不够充分,仍存在着一些问题需要解决,所以高性能读出电路是X射线探测领域重要的研究课题。本论文针对X射线探测器读出电路像素单元电路进行相关理论和技术的研究,并设计出一种高
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随着X射线探测器的发展,因其具有高分辨率、高探测效率等特点,而被广泛应用于医疗、工业、科研等领域,应用领域的普遍性和应用环境的复杂性对其成像质量提出了更高的要求。X射线探测器读出电路作为X射线探测系统的核心电路,国内对其关键技术掌握不够充分,仍存在着一些问题需要解决,所以高性能读出电路是X射线探测领域重要的研究课题。本论文针对X射线探测器读出电路像素单元电路进行相关理论和技术的研究,并设计出一种高性能的X射线探测器读出电路。X射线探测器读出电路像素单元电路是一种数模混合类型的电路,模拟电路完成电荷积分、滤波成形、模数转换等工作,数字电路完成数据写入、读出以及模式配置等工作。在全局时序的控制下,各个子电路有序的配合,最终完成X射线能量的信息以数字信号的形式输出。本设计基于0.13μm CMOS工艺,提出了X射线探测器读出电路像素单元电路的性能要求,首先对模块电路进行设计,然后针对指标进行参数调整,最后通过仿真进行验证,主要工作内容如下:1.对X射线探测器读出电路的国内外研究现状和特点进行介绍,着重介绍X射线探测器读出电路像素单元电路的模拟部分。根据X射线探测器输出信号的特点,设计出X射线探测器前端读出电路像素单元电路的框架结构,主要由电荷灵敏前置放大器(Charge-sensitive amplifier,CSA)、极零相消(Pole-zero cancellation,PZC)、成形放大(CR-RC)、阈值可调比较器(Comparator)等模块组成。本文分析读出电路不同模块的多种电路结构的电路原理,从中筛选出最优的电路,并确定关键参数,最后完成电路仿真和版图绘制。2.对本文设计的前端读出电路像素单元电路进行仿真,结果显示,增益可调,实现三档增益转换,像素阵列为1×128,并具有成形时间调节的功能。在3.3V电源电压供电下,有效输入电荷范围为1f C～18f C,非线性度小于1%,前置放大器的等效噪声电荷为185.99e-,单通道功耗为189.4μW,计数率大于1Mbps,仿真结果表明设计的电路有噪声低、功耗小、计数率高等特点,各项指标都符合要求。
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