基于碲锌镉探测器的信号采集电路的研究与设计

发布时间：2020-07-12 01:05

【摘要】：本文首先介绍了碲锌镉(CZT)探测器的工作原理,同时分析输出信号特性和信号采集电路的组成;研究如何减小探测器的漏电流以及分布电容对读出电路的噪声和输出基线的影响。在电路中,采用了漏电流补偿电路和MOS电容和CMOS虚电阻结构;分析了前置预放大输出的零极点问题,并设计了零极点相消电路;通过低噪声设计技术以及四阶成形电路的整形,最终得到具有1微秒的成形时间和350纳秒的达峰时间的准高斯波形,读出电路的基线稳定在590mV。针对读出电路适应-40到100摄氏度的温度环境,本文通过分析了带隙基准源的原理以及性能影响因素,设计了基于运算放大器的带隙基准源;针对纳安培的补偿电流,通过比较几种在稳定性和精度方面具有较好的CMOS电流源,分别采用相反温度系数的电流求和的补偿方案、将具有零温系数的电压转换为电流方案以及自偏置电流源,在与电源电压无关的自偏置电流源的基础上设计了一款带有温度补偿的自偏置电流源。针对核心电路的3V工作电压,本文设计了一款具有130dB的电源抑制比的线性稳压电路,当电源电压大于5V时,其电路可以稳定输出3V电压。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL81
【图文】：

图 1.1 像素 CZT 探测器几何形状示意图器基本结构其制备工艺相对简单。但是其目前所具有的能量拖实际应用的青睐的主要原因。同样，具有较差的能谱性能也是星舞台的拦路虎。图 1.2.1 像素阵列探测器，将晶体阴极表面切阳极采用一个整体电极平面。因为每一个像素都具有独立的且用于信号采集与处理的，从而可以得到噪声性能就好可以满足号。从而满足实际需求对高分辨率，高探测器效率等高性能的素阵列探测器的研究已经涉及多领域应用，如：高能核辐射成核医学正电子发射计算机断层成像[31]、单光子计算机断层诊断验中硬 X 射线区域的能谱诊断等。自 2007 年以来，各国对 C逐渐倾向于电极采集，算法处理，以及对比相关信号，进而研核辐射探测器。

贵州大学硕士学位论文第二章 CZT 探测器原理及电学等效电路测器原理线照射入粒子探测器，在偏置电压相互作用下，晶体会通过吸收射线的部分内部产生与射线成比例[14]的载流子对，其会向相对应电极上漂移。从而形端采集电路采集过后，并输出，其输出幅度与入射射线能量成正比的电压

id 漏电流：偏置电压与 CZT 晶体等效电阻的比值。一般，探测器的输出阻抗较大，其比与之相连的后续电路的输入阻抗还要大很以将之看成一个电流源；所以可以将电流信号进行积分得到输出的电荷量；所之等效为电流源。3 探测器信号采集电路系统经上述两节分析得知，碲锌镉探测器的输出信号十分微弱，并且其信噪比较差是电流脉冲，不便于后续信号处理，故采用的采集方案需要满足 1/将探测器输电流信号转换为便于检测的信号形式；2/需要克服探测器的漏电流以及探测器布电容对电路的影响；3/需要给核心功能模块提供一个稳定的工作电压。如图:在本文中采用了补偿电流源提供一个补偿电流经补偿探测器的漏电流，并且将输出信号经过成形电路整形处理；同时设计了一款 1.25V 的基准电压源和输出 3稳压电路，使功能电路工作在稳定的 3V 电压下。

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本文编号：2751194