[发明专利]用于将电流脉冲转换为电压脉冲的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将电流脉冲转换为电压脉冲的装置，该装置可具体使用在用于电离电磁辐射探测的系统中。

背景技术

图1示出了用于电离电磁辐射探测的系统。这样的系统通常由接收入射光子ph的半导体探测器1、测量由探测器1输出的信号的电荷前置放大器2、处理由电子电路2输出的信号的电子处理电路3以及将由电子系统3输出的信号数字化以获得这些信号的直方图的模拟-数字转换电路4组成。所接收的入射光子ph的能谱可从这个直方图获得。

用于电离电磁辐射探测的系统必须首先具有高能量分辨率，其次具有高探测效率。

半导体探测器满足这两个标准。使用半导体探测电磁辐射的优点在由同一申请人提交的专利申请FR2951037中公开。当半导体探测器受到强辐射时，它们每单位时间产生大量脉冲。因此，使用半导体探测器的电离电磁辐射探测系统必须具有高计数速率的快速光谱测量系统。

通常认为，高计数速率是每秒探测(或每秒撞击)的光子大于约100000个。

最高性能低噪声电荷前置放大器使用电流积分器。图2示出与半导体探测器1相关联的这种组件。

探测器1包括由半导体材料制成的元件M及电阻器R，所述电阻器R连接元件M至高电压HV。电流积分器电路包括电容器C1、放大器A1、电容器Cint和电阻器Rp。电容器C1安装于放大器A1的反相输入上，电容器Cint和电阻器Rp并联安装于放大器A1的反相输入与输出之间。

概略地，当光子以足够能量穿透半导体元件M时，它可在所述材料中产生载流子。半导体元件M然后在光子ph探测时间期间产生探测电流i(t)。更确切地，对于吸收足够能量的每个光子ph产生电流脉冲。

电荷前置放大器安装于探测器1的输出处且它接收电流i(t)，并且作为响应，产生电压Vout(t)，由以下给定：

Vout(t)=-1Cint·∫i(t)dt=-Q/Cint]]>

其中Q为由光子ph与半导体材料相互作用产生的电荷量。

在电荷放大器的输出处的电压Vout(t)的电压脉冲形式为时断时续，因为前置放大器通过电容器Cint放电。这个电压Vout(t)因此在探测电流i(t)消失之后必须迅速保存。同时，电荷前置放大器的弛豫可补偿高计数速率，因为其输出电压抵消，并且如果没有弛豫，那么前置放大器会迅速饱和。

由电子电路2输出的电压Vout(t)对应于电子处理电路3的输入电压。

专利申请FR2951037公开了处理电路3，包括延迟线Lr，使得可实现高计数速率。

这样的电子电路的示图如图3所示。

电荷前置放大器2的输出Vout(t)直接连接至由延迟线Lr、衰减器Att(增益小于1)、减法器D和放大器A2组成的组件。放大器A2的输出直接连接至模拟-数字转换电路4。与衰减器Att串联安装的延迟线Lr具有连接至电荷前置放大器的输出的第一端子及连接至减法器D的负输入的第二端子。减法器D的正输入直接连接至电荷前置放大器的输出。

由于这个布置，从电荷前置放大器输出的信号Vout(t)通过延迟线延迟了延迟Δ。延迟Δ选定为比信号Vout(t)的上升时间更长，使得减法器的输出由具有与输入脉冲相同的振幅的脉冲组成，而无需改变能量信息。

图4示出随时间函数(function of time)的电荷前置放大器的输出电压变化vout(t)、与延迟线的输出电压voutlar(t)以及放大器A2的输出电压E(t)。

减法器D从电压Vout(t)减去延迟电压Voutlar(t)。由这个减法所致的信号vsub(t)＝voutpa(t)-voutlar(t)然后通过放大器A2进行放大。这个放大器然后输出高度与在探测器端子处产生的脉冲成比例的电压脉冲E(t)，换言之，通过光子ph转移的能量与半导体材料成比例。