【摘要】：X射線是一種不可見光,具有強穿透性,因此被廣泛應用于醫(yī)學成像、工業(yè)檢測、安檢等領域。隨著應用領域不斷擴大,應用環(huán)境越來越復雜,對于成像質量的要求也越來越高。本文結合實際要求,對應用于X射線圖像探測器的前端讀出電路進行研究和設計。本文介紹了X射線探測器前端讀出電路的發(fā)展趨勢。隨著待測粒子能量范圍越來越大,前端讀出電路的動態(tài)檢測范圍也在增大,工作速度在增快,但對低能量粒子檢測的靈敏度低,輸出信號在線性度、功耗和噪聲等方面存在不足。為解決該問題,在檢測范圍大的情況下提高低能量粒子檢測的靈敏度,并具有高幀頻、高線性度、低功耗和低噪聲,本文通過參考國外研究,研究并設計了自適應變化靈敏度的X射線探測器前端讀出電路的框架結構。在框架結構中,電容跨阻放大器(Capacitance Trans Impendence Amplifier,CTIA)可實現(xiàn)輸出信號的高線性度,相關雙采樣電路(Correlated Double Sampling,CDS)可用于消除噪聲、提高輸出信號的信噪比,積分電容控制模塊用于實現(xiàn)靈敏度自適應可調。本文基于0.13um CMOS工藝,對前端讀出電路進行了電路設計和版圖設計,給出了相關設計參數(shù)和仿真結果。芯片進行實際流片后,測試結果表明,本文設計的前端讀出電路像素陣列為32×16,可以實現(xiàn)自適應可變靈敏度的積分功能。在3.3V電源供電下,工作幀頻可達到10KHz,線性度達到99.95%,總功耗為85.4uW,輸出擺幅至少達到1.5V,等效噪聲電荷約為62.5e-,單個像素尺寸為150um×150um。
【圖文】：

第 1 章 緒論CCD/CMOS 敏感元件陣列、數(shù)據(jù)采集與處理單元、圖像重建單元、計算機控制單元、圖像顯示與分析單元[8]。計算機層析成像技術借助計算機斷層掃描原理，與成像光譜技術結合，根據(jù)物體在一個方向上的一個投影或者多個方向的投影，建立物體的空間圖像信息。其檢測原理為：光轉換屏將 X 射線光子轉換為可見光圖像，通過 CCD 或CMOS 轉換為圖像電信號。圖像電信號是模擬信號，數(shù)據(jù)采集和處理單元將這些信號進行 A/D 轉換，把處理后得到的數(shù)字信號傳送至計算機，由計算機重建圖像并顯示。計算機層析成像技術在探測快速變化目標上有明顯優(yōu)勢，其廣泛應用于醫(yī)學、軍事等方面，其發(fā)展前景受到越來越多的重視。

第 1 章 緒論噪比，降低輸出圖像的質量。因此為適應大范圍光子的檢測要求，前端讀出電路對信噪比的要求會不斷提高。靈敏度更高。由于被檢測 X 射線粒子能量范圍的增大，在增加其檢測范圍的同時，當檢測粒子能量較低時很難保證其靈敏度和準確性，因此要求前端讀出電路保證較高的靈敏度。功耗更低。隨著像素陣列的不斷擴大，整個探測器前端讀出電路所消耗的功耗會不斷增加，，而未來市場對產品的要求勢必會朝著低功耗的方向發(fā)展，因此，研制低功耗 X 射線探測器的前端讀出電路是科研的重點之一。1.4 本文的研究內容和設計指標X 射線探測器的像素陣列如圖 1.5 所示：
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL816.1

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本文編號：2657794