【摘要】：X射線是一種不可見(jiàn)光,具有強(qiáng)穿透性,因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)檢測(cè)、安檢等領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜,對(duì)于成像質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。本文結(jié)合實(shí)際要求,對(duì)應(yīng)用于X射線圖像探測(cè)器的前端讀出電路進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。本文介紹了X射線探測(cè)器前端讀出電路的發(fā)展趨勢(shì)。隨著待測(cè)粒子能量范圍越來(lái)越大,前端讀出電路的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍也在增大,工作速度在增快,但對(duì)低能量粒子檢測(cè)的靈敏度低,輸出信號(hào)在線性度、功耗和噪聲等方面存在不足。為解決該問(wèn)題,在檢測(cè)范圍大的情況下提高低能量粒子檢測(cè)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(guò)參考國(guó)外研究,研究并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)變化靈敏度的X射線探測(cè)器前端讀出電路的框架結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)中,電容跨阻放大器(Capacitance Trans Impendence Amplifier,CTIA)可實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的高線性度,相關(guān)雙采樣電路(Correlated Double Sampling,CDS)可用于消除噪聲、提高輸出信號(hào)的信噪比,積分電容控制模塊用于實(shí)現(xiàn)靈敏度自適應(yīng)可調(diào)。本文基于0.13um CMOS工藝,對(duì)前端讀出電路進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì),給出了相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和仿真結(jié)果。芯片進(jìn)行實(shí)際流片后,測(cè)試結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的前端讀出電路像素陣列為32×16,可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)可變靈敏度的積分功能。在3.3V電源供電下,工作幀頻可達(dá)到10KHz,線性度達(dá)到99.95%,總功耗為85.4uW,輸出擺幅至少達(dá)到1.5V,等效噪聲電荷約為62.5e-,單個(gè)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(jì)算機(jī)控制單元、圖像顯示與分析單元[8]。計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)借助計(jì)算機(jī)斷層掃描原理，與成像光譜技術(shù)結(jié)合，根據(jù)物體在一個(gè)方向上的一個(gè)投影或者多個(gè)方向的投影，建立物體的空間圖像信息。其檢測(cè)原理為：光轉(zhuǎn)換屏將 X 射線光子轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像，通過(guò) CCD 或CMOS 轉(zhuǎn)換為圖像電信號(hào)。圖像電信號(hào)是模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)采集和處理單元將這些信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，把處理后得到的數(shù)字信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)重建圖像并顯示。計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)在探測(cè)快速變化目標(biāo)上有明顯優(yōu)勢(shì)，其廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事等方面，其發(fā)展前景受到越來(lái)越多的重視。

第 1 章 緒論噪比，降低輸出圖像的質(zhì)量。因此為適應(yīng)大范圍光子的檢測(cè)要求，前端讀出電路對(duì)信噪比的要求會(huì)不斷提高。靈敏度更高。由于被檢測(cè) X 射線粒子能量范圍的增大，在增加其檢測(cè)范圍的同時(shí)，當(dāng)檢測(cè)粒子能量較低時(shí)很難保證其靈敏度和準(zhǔn)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(kuò)大，整個(gè)探測(cè)器前端讀出電路所消耗的功耗會(huì)不斷增加，，而未來(lái)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的要求勢(shì)必會(huì)朝著低功耗的方向發(fā)展，因此，研制低功耗 X 射線探測(cè)器的前端讀出電路是科研的重點(diǎn)之一。1.4 本文的研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)指標(biāo)X 射線探測(cè)器的像素陣列如圖 1.5 所示：
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TL816.1

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本文編號(hào)：2657794