【摘 要】
：
X射线探测器系统是一种将X射线能量转化为数字化信号图像的装置,目前广泛应用于安全检查,医疗系统,航空航天和工业控制等领域。X射线读出电路是整个探测器系统的核心部分,它首先将前级探测器的输出信号进行放大以及降噪处理转化为模拟信号,然后通过模数转换器将此信号进行数字化。现如今,对X射线读出电路的性能要求越来越高,高成像质量、高刷新率、宽输入检测范围成为普遍的发展趋势。为了满足X射线读出电路的特殊性能需
论文部分内容阅读
X射线探测器系统是一种将X射线能量转化为数字化信号图像的装置,目前广泛应用于安全检查,医疗系统,航空航天和工业控制等领域。X射线读出电路是整个探测器系统的核心部分,它首先将前级探测器的输出信号进行放大以及降噪处理转化为模拟信号,然后通过模数转换器将此信号进行数字化。现如今,对X射线读出电路的性能要求越来越高,高成像质量、高刷新率、宽输入检测范围成为普遍的发展趋势。为了满足X射线读出电路的特殊性能需求,本文设计了积分型X射线读出电路中的核心像素单元模块,具体包括电容跨阻放大器（Capacitance Trans Impendence Amplifier,CTIA）模块、相关双采样（Correlated Double Sampling,CDS）模块和逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）ADC模块。其中,CTIA模块将微弱的电荷信号进行积分放大,转化为可被检测到的电压信号,本设计的CTIA模块在刷新率为100k Hz的工作速度下,可以实现探测信号的超高转换线性度,并且增加了积分电容自适应功能可以大大提高输入信号的检测范围;CDS模块可用于消除像素级的偏差,降低读出电路的噪声,提高输出信号的信噪比。本设计的CDS模块可在不改变输出信号线性度的前提下,将噪声等效输出积分噪声由36.4μV降至18.9μV;SAR ADC模块的作用为将前端电路的模拟信号进行量化,转换成数字输出码。在像素级读出电路中,ADC需要面积小、功耗低,而所设计的10bit 100k S/s SAR ADC功耗约为10μW,面积只有95μm×60μm,满足系统要求。像素单元中此三个模块协同工作,便可将探测器微弱的电荷信号转化为不易受干扰的数字信号。本文基于130nm 1P8M CMOS工艺,对像素单元中的CTIA、CDS和SAR ADC等模块进行了电路设计、版图设计和前后仿真验证。所设计的读出电路像素单元在3.3V电源供电下,工作帧频率达到100k Hz,线性度可达99.9%,输出电压摆幅超过1.5V,总功耗只有122μW,单个像素单元的尺寸可控制在150μm×150μm之内。像素单元各个电路模块的性能可满足X射线读出电路的应用要求。
其他文献
近年来,模拟集成电路高速发展。模拟开关已经扩展到了许多的领域,例如医疗器械、音频播放器、高速存储类的接口等。模拟开关不仅在生活领域经常被使用到,在军事、航天航空领域也离不开。模拟开关以其易于集成化、功能强而受到大众的欢迎。模拟开关是控制信号的导通和关闭,追求将信号完好的传输,这就要求模拟开关的性能要好。设计时,需要考虑模拟开关的信号传输频率,要适应高速的信号传输。还要考虑信号通道之间的匹配度、减小
卤化铅钙钛矿材料由于其具有较高的光吸收系数、合适的能带结构、较长的电子空穴扩散长度以及较长的载流子寿命等优势,是太阳能电池中理想的吸光材料。自钙钛矿材料首次引入到太阳能电池中以来,在短短十年时间内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）从3.8%提高到25.5%,这一效率甚至可以与传统的商业太阳能电池（如晶体硅、Cu In Ga Se和Cd Te太阳能电池）相媲美。通常,钙钛矿太阳能电池由电子传
随着便携式产品的迅速普及,芯片的数字化程度在不断提高,功耗和电源电压在持续降低。为了满足市场对电源管理系统的需求,如何减小面积、降低功耗、保持输出稳定、提升电源效率是当今电荷泵（CP）研究设计的热点。本文基于适应于低压条件下的四相时钟电荷泵电路,从两个方面对电荷泵性能进行提升,一是提高效率,二是提高启动速度。本文设计的四相时钟电荷泵电路采用动态偏置电路消除升压过程中体效应带来的影响。本文的创新点有
锂离子电池（LIBs）是目前商业化最为广泛的二次储能器件。由于钠储量丰富、价格低廉,钠离子电池（NIBs）在高比能密度便携电源和动力电池等领域显示出诱人前景。设计综合性能优异的新型负极材料是锂/钠离子电池技术快速发展的关键之一。Sn基硒化物/氧化物因理论容量高、电压窗口合适等优势而受到研究者们的广泛关注。然而,充放电过程的转化-合金化反应引起的再结晶和应变将导致活性位点减少,且易造成电极材料粉碎并
生成对抗网络（Generative Adversarial Networks）在合成真实图像和建模方面取得了巨大的成功,它被广泛应用于领域自适应、图像视觉计算、语言处理等方面。在有监督的机器学习或深度学习中,标注样本太少会导致构建的模型易于过拟合、表示能力和泛化性不强。实际中想要获取大量标注样本非常困难且不现实。生成对抗网络在图像生成方面已比较成熟,但是现有生成对抗网络存在不稳定性、模式崩溃和计算
排序学习作为一种基于机器学习与信息检索的交叉技术,已经广泛地应用于Web搜索、文档检索、推荐系统、问答系统等多个领域。排序学习会根据不同的排序学习数据集（即构造相异特征）和排序学习方法训练出不同的排序模型,以对新输入目标列表进行排名预测。随机森林作为一种基于bagging的集成技术,已被证实在中小规模数据集上具有极其优秀的预测性能。基于此,本文通过研究基于随机森林的排序学习方法并应用在自制电影及公
上转换发光的概念自提出以来就受到了广泛的关注,由于其独特的发光特性,一直是人们研究的热点。上转换材料在生物、激光、防伪技术、三维显示和光伏电池等领域应用广泛,发展迅速。光伏电池作为利用太阳能的一种有效手段,近年来得到了长足的发展。但是太阳能电池普遍存在光电转换效率较低的不足。上转换发光作为一种光子频率转换手段,可用于提高光伏电池对于近红外光子的利用率,对此人们进行了大量的相关研究。由于Er3+,H
静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）是影响集成电路可靠性的重要因素,随着集成电路制造工艺的发展,ESD保护面临重重问题与挑战。本文主要研究嵌套技术在对称双向可控硅（Dual-Direction Silicon-Controlled Rectifier,DDSCR）、非对称双向可控硅（Asymmetric Silicon-Controlled Rectifier,ADD
石墨烯的发现与制备使得二维材料逐步进入人们的研究视野,并逐渐成为科学研究焦点。二维黑磷是一种具有直接带隙的半导体材料,以其独特的机械性能、光电特性在光电器件、光学传感器等领域运用广泛。受黑磷优异特性的影响,二维V-V二元化合物材料锑化磷（SbP）也得到了人们的关注,SbP被人们发现具有优良的物理特性,并且其稳定性优于黑磷。同时,为了更好地扩展SbP的应用领域,可以采用一定的手段来提高它的物理、化学
近年来神经网络技术发展迅猛,逐渐应用在一些智能产品中。在很多时候,神经网络需要实现真正的落地,才能发挥它的价值。然而现实中的使用场景复杂多变,这对神经网络来说是不小的挑战。为了满足这样的需求,神经网络的泛化能力必须足够强,才能够适应真实的应用场景。由于提高神经网络的泛化能力具有现实意义,现在已经成为许多研究者所关注的问题。本文从模型和数据角度出发,展开对神经网络泛化能力的研究。为了能够提高神经网络