【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種電荷探測讀出，特別是關(guān)于一種用于以持續(xù)積分輸入電荷為主的讀出新型電荷放大器結(jié)構(gòu)及其使用方法。
技術(shù)介紹
1、在核探測器的應(yīng)用中，探測器的主要功能是通過與射線、粒子或其他輻射相互作用來探測放射性物質(zhì)及其物理性質(zhì)。這些相互作用會在探測器的敏感材料中產(chǎn)生不同種類的信號，通常表現(xiàn)為電荷形式，這些電荷可能是電子-空穴對，也可能是離子電荷，取決于探測器的材料和工作原理。比如，在半導(dǎo)體探測器中，粒子通過材料時，會激發(fā)出電子和空穴，由于半導(dǎo)體材料的電子遷移率高，這些電荷載流子可以迅速在電場中漂移，從而產(chǎn)生快速上升時間的信號，而在氣體探測器中，相互作用則會產(chǎn)生帶電的緩慢漂移離子和自由電子。這些不同類型的電荷信號反映了粒子的能量和位置等關(guān)鍵信息，是后續(xù)信號處理的基礎(chǔ)。在探測器產(chǎn)生的微弱信號中，由于核輻射產(chǎn)生的電荷數(shù)量通常非常小，信號容易受到噪聲干擾，直接處理這些信號將面臨顯著的挑戰(zhàn)。這時，電荷放大器，尤其是電荷放大器，作為信號鏈中的第一道關(guān)卡，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它的主要功能是將探測器產(chǎn)生的微弱電荷信號轉(zhuǎn)化為易于測量和處理的電壓信號，同時盡可能保持信號的完整性和準(zhǔn)確性。電荷放大器需要具有極高的靈敏度和低噪聲特性，以確保這些重要的物理信息能夠被準(zhǔn)確地提取和放大，為后續(xù)的信號分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2、不同核探測器的信號寬度差異大，對電荷放大器積分時間要求不同?，F(xiàn)有電荷放大器積分時間不超過幾毫秒，無法滿足極慢電荷信號的需求，特別是長時間積分緩慢漂移離子電荷的情形時，存在諸多局限。該問題的存在嚴(yán)重限制了電荷放大器在高精度核探測應(yīng)用
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種電荷放大器結(jié)構(gòu)及其使用方法，其有效解決了傳統(tǒng)電荷放大器無法持續(xù)積分漂移速度緩慢的電荷并無法持續(xù)將采集的電荷峰值疊加的難點(diǎn)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：一種電荷放大器結(jié)構(gòu)，其包括：
3、放大單元，用于接收探測器輸出的待識別電荷信號，并將接收的待識別電荷信號進(jìn)行放大，得到待識別電荷信號的放大信號；
4、峰值采樣保持電路，用于采集放大單元輸出的放大信號的峰值電壓信號，并存儲在電容中；
5、反饋電路，用于將峰值采樣保持電路采集的峰值電壓信號反饋到放大單元的參考電壓端，形成放大單元的新的基線；
6、復(fù)位信號單元，用于將放大單元輸出的放大信號處理后，得到電荷信號的觸發(fā)信號，并對觸發(fā)信號處理后得到放大單元和峰值采樣保持電路的復(fù)位信號。
7、進(jìn)一步，放大單元包括第一放大器amp1、反饋電容cf、反饋場效應(yīng)管q1、基線保持器和第一復(fù)位開關(guān)s1；
8、探測器輸出端與第一放大器amp1輸入端連接，將待識別電荷信號輸入第一放大器amp1中，第一放大器amp1輸入端還分別與反饋電容cf的第一端、反饋場效應(yīng)管q1的漏極、基線保持器的輸出端以及第一復(fù)位開關(guān)s1的第一端連接，第一放大器amp1的輸出端分別與反饋電容cf的第二端、反饋場效應(yīng)管q1的源極、基線保持器的輸入端、第一復(fù)位開關(guān)s1的第二端、峰值采樣保持電路的輸入端以及復(fù)位信號單元的輸入端連接。
9、進(jìn)一步，峰值采樣保持電路包括：第二放大器amp2、二極管、第一電容c1、第二復(fù)位開關(guān)s2和電壓緩沖器；
10、第二放大器amp2，其同相端與放大單元中第一放大器amp1的輸出端連接，第二放大器amp2的輸出端與二極管的正極連接，二極管的負(fù)極與第二放大器amp2的反相端連接，以用于抬高二極管導(dǎo)致的壓降；
11、二極管的負(fù)極還分別與第二復(fù)位開關(guān)s2的一端、第一電容c1的一端以及電壓緩沖器的輸入端連接，二極管導(dǎo)通時采集峰值電壓；
12、第一電容c1的另一端與第二復(fù)位開關(guān)s2的另一端并聯(lián)后接地，第一電容c1用于存儲采集的峰值電壓，第二復(fù)位開關(guān)s2用于泄放第一電容c1存儲的電壓；
13、電壓緩沖器的輸出端與反饋電路連接，并輸出電壓信號，用于保持峰值采樣保持電路輸出的信號，并增強(qiáng)電路的驅(qū)動能力。
14、進(jìn)一步，第二放大器amp2采用二級運(yùn)算放大器或折疊共源共柵放大器。
15、進(jìn)一步，復(fù)位信號單元包括比較器、積分電路和單穩(wěn)態(tài)電路；
16、比較器的同相端用于接收放大單元的輸出信號，反相端由片外dac提供閾值電壓，比較器的輸出端與單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端和積分電路的輸入端連接；
17、積分電路的輸出端與單穩(wěn)態(tài)電路連接，用于輸出與觸發(fā)信號脈寬成正比的電壓信號；
18、單穩(wěn)態(tài)電路的輸出信號用于放大單元和峰值采樣保持電路的開關(guān)復(fù)位。
19、進(jìn)一步，單穩(wěn)態(tài)電路包括或非門nor、反相器inv、第二場效應(yīng)管q2和第二電容c2；
20、或非門nor的第一輸入端與比較器的輸出端連接，或非門nor的輸出端依次與第二電容c2和反相器inv的輸入端連接，或非門nor的第二輸入端與反相器inv的輸出端并聯(lián)后作為單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端；
21、第二場效應(yīng)管q2的柵極與積分電路的輸出端連接，第二場效應(yīng)管q2的漏極并聯(lián)至第二電容c2和反相器inv的輸入端之間，源極連接至模擬電源。
22、進(jìn)一步，基線保持器包括第三電容c3和七個場效應(yīng)管：第三場效應(yīng)管q3至第九場效應(yīng)管q9；
23、第三場效應(yīng)管q3是一個偏置電流源，其源極連接至模擬電源avdd，柵極接收偏置電壓vbias，第三場效應(yīng)管q3的漏極與第四場效應(yīng)管q4源極和第五場效應(yīng)管q5源極連接；
24、第四場效應(yīng)管q4源極和第五場效應(yīng)管q5源極相連形成一對差分對，第四場效應(yīng)管q4的柵極作為基線保持器的參考電壓端csa_vref，與反饋電路輸出端連接，第四場效應(yīng)管q4的漏極連接放大單元的輸入端；第五場效應(yīng)管q5的柵極作為基線保持器的輸入端與放大單元的輸出端連接；
25、第六場效應(yīng)管q6的漏極與第四場效應(yīng)管q4的漏極連接，源極接地，柵極與第三電容c3的一端并聯(lián)后連接至第五場效應(yīng)管q5的漏極，第三電容c3的另一端接地；
26、第七至第九場效應(yīng)管q7-q9連接為一個電流鏡，第五場效應(yīng)管q5的漏極電流被積分到第三電容器?c3，產(chǎn)生的電壓控制第六場效應(yīng)管q6的柵極。
27、進(jìn)一步，反饋電路為一個電阻；電阻的一端連接峰值采樣保持電路的輸出端，另一端連接至基線保持器的參考電壓端。
28、進(jìn)一步，反饋電路為單位增本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，放大單元包括第一放大器AMP1、反饋電容Cf、反饋場效應(yīng)管Q1、基線保持器和第一復(fù)位開關(guān)S1；
3.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，峰值采樣保持電路包括：第二放大器AMP2、二極管、第一電容C1、第二復(fù)位開關(guān)S2和電壓緩沖器；
4.如權(quán)利要求3所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二放大器AMP2采用二級運(yùn)算放大器或折疊共源共柵放大器。
5.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，復(fù)位信號單元包括比較器、積分電路和單穩(wěn)態(tài)電路；
6.如權(quán)利要求5所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，單穩(wěn)態(tài)電路包括或非門NOR、反相器INV、第二場效應(yīng)管Q2和第二電容C2；
7.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，基線保持器包括第三電容C3和七個場效應(yīng)管：第三場效應(yīng)管Q3至第九場效應(yīng)管Q9；
8.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，反饋電路為一個電阻；電阻的一端連接峰值采樣保持電路的輸出端，另一端連接至基
9.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，反饋電路為單位增益電壓緩沖器；單位增益電壓緩沖器的同相端連接峰值采樣保持電路的輸出端，反相端及輸出端連接至基線保持器的參考電壓端。
10.一種基于如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述電荷放大器結(jié)構(gòu)的使用方法，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，放大單元包括第一放大器amp1、反饋電容cf、反饋場效應(yīng)管q1、基線保持器和第一復(fù)位開關(guān)s1；
3.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，峰值采樣保持電路包括：第二放大器amp2、二極管、第一電容c1、第二復(fù)位開關(guān)s2和電壓緩沖器；
4.如權(quán)利要求3所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二放大器amp2采用二級運(yùn)算放大器或折疊共源共柵放大器。
5.如權(quán)利要求1所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，復(fù)位信號單元包括比較器、積分電路和單穩(wěn)態(tài)電路；
6.如權(quán)利要求5所述電荷放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，單穩(wěn)態(tài)電路...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙承心，陳剛，楊海波，謝昊青，牛曉陽，韓維佳，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院近代物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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