[发明专利]前置放大器、像素单元电路和像素阵列探测器

说明书

本发明公开了一种前置放大器、像素单元电路和像素阵列探测器，包括：前置放大器，用于接收电流信号，对所述电流信号进行积分从而转换为第一电压信号，对所述电流信号进行增益控制从而得到增益信号，输出所述第一电压信号以及所述增益信号；采样电路器，用于接收所述第一电压信号，对所述第一电压信号进行采样输出第二电压信号；模拟数字转换器，用于接收所述第二电压信号，将所述第二电压信号转换为数字信号，输出所述数字信号；像素数字器，用于接收所述增益信号以及所述数字信号，根据所述像素数字器实现所述数字信号以及所述增益信号的转换，得到第一修调信号，并输出所述第一修调信号。

技术领域

本公开涉及核探测技术和核电子学领域。具体而言，涉及一种前置放大器、像素单元电路和像素阵列探测器。

背景技术

随着同步辐射装置的不断进步，对探测器装置的成像要求越来越高。在同步辐射各种实验中广泛应用的探测器是二维像素阵列探测器，通过半导体探测单元(如硅光二极管等)阵列与电子学专用集成电路芯片通过铟球倒装焊封装为一体构成。探测器的飞速进步推动了同步辐射装置的快速发展。

目前，计数型像素阵列探测器是小角散射、时间分辨等同步辐射实验中使用的主流探测器。计数型像素阵列探测器的单像素计数率最高为10⁷counts/s、读出帧率最高约为1kHz。应用于同步辐射小角散射实验时，由于计数率不够，为了获得较大角度范围内的散射信息，通常需要通过衰减光强或缩短曝光时间来屏蔽掉一定角度范围内的信号，以保证探测器不饱和，这会大大增加高角度区域数据的统计误差，降低小角散射的数据质量。当计数型像素阵列探测器应用于时间分辨实验时，受读出帧率限制，只能开展毫秒级以上的原位动态观测，无法实现更快的原位动态实验。

积分型像素阵列探测器是对一段积分时间内的所有光子信号进行处理，使用复位开关对像素单元电路中的积分电容进行直接复位，复位时间快。与计数型像素阵列探测器相比，积分型像素阵列探测器具有非常明显的等效计数率及读出帧率的优势，即不仅同时具有大动态范围及高读出帧率的特性，而且可以获得非常高的等效计数率，其在小角散射、时间分辨等同步辐射实验中的应用，必将推动同步辐射新的实验方法的发展。

现有的积分型像素阵列探测器，由于探测器自身的传感器暗电流、读出电路自身失调电压等，会引起积分型像素阵列探测器的失调，为了获得高性能的积分型像素阵列探测器，需要提供一种像素单元电路在消除失调的同时来提高积分型像素阵列探测器的等效计数率及读出帧率。

因此，需要一种新的前置放大器、像素单元电路和像素阵列探测器，用于提高探测器的等效计数率及读出帧率，并且消除探测器中各像素之间的失调，以达到同时提高探测效率与成像质量的目的。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的部分仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种前置放大器、像素单元电路和像素阵列探测器，进而至少在一定程度上消除探测器中各像素之间的失调，同时提高探测效率与成像质量。

根据本公开的一个方面，提供一种像素单元电路，包括：前置放大器，用于接收电流信号，对所述电流信号进行积分从而转换为第一电压信号，对所述电流信号进行增益控制从而得到增益信号，输出所述第一电压信号以及所述增益信号。

采样电路器，用于接收所述第一电压信号，对所述第一电压信号进行采样输出第二电压信号。

模拟数字转换器，用于接收所述第二电压信号，将所述第二电压信号转换为数字信号，输出所述数字信号。

像素数字器，用于接收所述增益信号以及所述数字信号，根据所述像素数字器实现所述数字信号以及所述增益信号的转换，得到第一修调信号，并输出所述第一修调信号。