[发明专利]微弱电流信号放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流信号放大器，尤其涉及一种微弱电流信号放大器。

背景技术

微弱电流信号如X射线、红外射线等探测成像系统在安检无损探测、 公共安全、环保、医疗CT扫描以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应 用，其核心是探测阵列组件。该探测阵列组件由探测器阵列和微弱电流信 号放大集成电路组成，微弱电流信号放大集成电路是影响组件功能和性能 的主要因素。微弱电流信号放大集成电路是将各种功能单片集成在半导体 芯片上的高集成度芯片，其基本功能是将探测器探测到的微弱光电流信号 实现光电转换、处理放大以及多路选择传输等功能。

相关的微弱电流信号放大集成电路整体框图如图1所示，其电路主要 包括像素单元电路、像素读出顺序控制电路、读出级电路、模拟多路选择 器、数字时序控制电路和输出缓冲级。其中像素单元电路完成光电流信号 的复位和积分；在像素读出顺序控制电路的控制下，像素单元电路中的电 压信号依次逐列传输到读出级电路进行处理放大；在模拟多路选择器的控 制选通下，各个通道上的信号依次传输到输出缓冲级进行输出处理；数字 时序控制电路产生芯片内部所需要的控制信号。像素读出顺序为正序读取， 即从通道1’读取到通道N’。数字电路时序控制电路如图2a所示，系统 主时钟信号CLK’输入到数字电路时序控制电路，触发其内部大量的门电 路。由于门电路在频繁翻转过程中会产生开关噪声，如果这些门电路同时 翻转，势必会产生非常大的开关噪声，在数模混合系统中会严重影响模拟 电路的功能和性能。图2b所示为其噪声示意图，Noise_rms_1’表示此时 数字时序控制电路开关噪声的均方根值。像素单元电路是微弱电流信号放 大集成电路和探测器之间的接口电路，不仅为探测器提供偏置电压，而且 将探测到的微弱光电流信号进行低噪声积分放大，即电荷量转换成电压量， 完成探测器复位和阻抗变换功能。像素单元电路结构如图3所示，其结构 为电容反馈跨阻放大器结构。一个高增益的运算放大器利用电容负反馈组 成积分器，探测器由二极管表示，电阻R’表示探测器的内阻，电容Cd’ 表示探测器寄生电容和引线电容的总和，探测到的光电流iph’经积分器 积分后以电压Vout’输出，积分时间的长短由开关RST’控制。

这种电路结构存在如下缺陷：

1、大量数字门电路在系统主时钟作用下频繁同时翻转，会产生非常大 的开关噪声，在数模混合系统中，这些噪声会严重影响模拟电路的功能和 性能。

2、像素单元电路的积分电容固定，限制了某些应用系统的应用。在微 弱电流信号探测领域中，由于被探测物体存在较大差异，其信号强度变化 较大。因此在背景信号较强的情况下，要求微弱电流信号放大电路的电荷 存储能力足够大，这就要求积分电容足够大，才能收集所有的电荷，而现 有的积分电容固定的电路，电荷收集的效果往往达不到应用系统的需求； 而在背景信号较弱的情况下，对电路的电荷存储能力要求不大，所需要的 积分电容较小，如果积分电容固定，势必会造成系统功耗的增加和电路速 度的下降，严重影响电路的功能和性能。

3、微弱电流信号放大集成电路只有一种读出顺序，即从通道1读取到 通道N的正序读取，固定的读出顺序使得系统成像方式固定，无法满足微 弱电流信号探测成像领域特定的成像需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种噪声小的微弱电流信号放大器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微弱电流信号放大器，包括

像素转换单元，用于将微弱电流信号进行放大，并转换成电压信号， 输出该电压信号；

像素读出顺序控制单元，用于控制所述像素转换单元输出的所述电压 信号的顺序；

读出级单元，读取像素转换单元中输出的所述电压信号并进行处理放 大；

模拟多路选择器，控制选通经所述读出级单元处理放大的信号，并将 所述处理放大的信号输出；

输出缓冲级单元，用于处理经所述模拟多路选择器选通输出的信号；

数字时序控制单元，用于接收输入到所述微弱电流信号放大器的信号， 并产生所述微弱电流信号放大器中的控制信号；

积分复位控制信号和上电复位控制信号分别输出到所述数字时序控制 电路单元和像素读出顺序控制电路单元；