[发明专利]一种用于辐射探测器的微弱信号读出电路

说明书

本发明公开了一种用于辐射探测器的微弱信号读出电路，包括电荷放大电路和滤波成形电路，滤波成形电路包括滤波器和基线稳定电路，电荷放大电路的输入端与辐射探测器的输出端连接，电荷放大电路的输出端与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端输出读出信号，所述基线稳定电路的输入端与滤波器的输出端、基准电压相连，基线稳定电路的输出端与滤波器的输入端相连。本发明包括电荷放大电路和滤波器，荷放大电路用于精确放大探测器输出的微弱电荷信号，滤波器用于将放大后的电荷信号转化为电压信号，且能在探测器漏电流从10pA~10nA、温度从‑40℃~40℃变化时保持基线基本不漂移，从而实现对探测器输出的超微弱信号的低噪声读出。

技术领域

本发明涉及一种信号读出电路，特别涉及一种用于辐射探测器的微弱信号读出电路。

背景技术

辐射探测系统在空间探测、高能物理实验、生物医学成像、安全检查等领域有着广泛的应用。辐射探测系统主要包括辐射探测器和相应的前端读出电子系统，辐射探测器可将高能粒子或者高能辐射转化为脉冲电流信号，脉冲电流携带的电荷量为其有效信号，而前端读出电子系统则负责将这些电荷信号读出，前端读出电子系统的性能将会直接影响整个辐射探测系统的性能。

一个经典前端读出电路的拓扑结构为电荷灵敏放大器+成形滤波器，如图1所示，电荷灵敏放大器如图2所示，其本质为米勒积分器，探测器所输出的电荷信号经积分器积分转化为电压信号，同时反馈电阻R_F泄放积分电容C_F上的电荷，以防止CSA出现电压饱和。

探测器输出的理想脉冲电流i_in在时域和频域上的表达函数分别为：

i_in(t)＝Q_detδ(t)，i_in＝Q_det (1)

电荷灵敏放大器的传输函数为：

电荷灵敏放大器在时域传输函数为：

其中Q_det为探测器输出的总的电荷量。

成形滤波器本质为高阶低通滤波器，其主要作用是引入多个极点，限制输出信号的带宽，控制并统一输出波形的达峰时间，抑制和过滤CSA产生的噪声，提高前端读出电路的信噪比，放大输出信号的输出摆幅等。

上述经典读出电路结构简单，对于输出电荷量很大(一般为数万个e^-以上)的探测器可以实现信号读出，但对于输出及其微弱探测器而言，上述架构则表现出一定的局限性。如对于常规的硅漂移探测器，其输出的电荷一般最大为10000e^-(约1.6fC)，若设计C_F＝50fF，根据上式，CSA输出的波形尖峰值在探测器输出最大电荷量时仅为32mV，输出摆幅很小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、读出精度高的用于辐射探测器的微弱信号读出电路。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种用于辐射探测器的微弱信号读出电路，包括电荷放大电路和滤波成形电路，所述滤波成形电路包括滤波器和基线稳定电路，所述电荷放大电路的输入端与辐射探测器的输出端连接，电荷放大电路的输出端与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端输出读出信号，所述基线稳定电路的输入端与滤波器的输出端、基准电压相连，基线稳定电路的输出端与滤波器的输入端相连。