[实用新型]一种分布式前端模数变换与读出电路、具有其的像素探测器及成像设备

说明书

本实用新型公开了一种分布式前端模数变换与读出电路、具有其的像素探测器及成像设备。本电路包括斜波电压发生器、斜波电压缓冲器、多个像素内模数变换及读出电路；其中斜波电压发生器与斜波电压缓冲器连接，将斜坡电压扇入至各像素内的比较器；每一像素内模数变换及读出电路包括一采样保持电路、一比较器和一计数器，采样保持电路与比较器的一输入端连接；比较器的另一输入端与斜波电压缓冲器连接；比较器的输出端与计数器的第一输入端连接，控制该计数器的计数停止；计数器的第二输入端用于接收时钟信号，计数器第三输入端接收计数/移位控制信号，计数器第四输入端接收前一像素中的计数器输出信号，输出端与后一像素中的计数器的输入端连接。

技术领域

本实用新型属于像素探测器读出芯片领域，涉及一种分布式前端模数变换与读出电路、具有其的像素探测器及成像设备。

背景技术

像素探测器广泛应用于各种需要成像的设备中，根据前端电路是否需要模数转换可分为光子计数型和积分型。如图1所示，积分型像素读出芯片的模拟前端电路利用积分电容，将探测器产生的电荷变换成电压信号，通过调节积分电容的大小可以适应不同的输入动态范围。

由于积分型读出芯片的前端电路输出的是模拟的电压值，后续还需要模数变换电路将其变换成数字量。传统的像素探测器模数变换结构主要有两种。一种不在读出芯片内进行模数变换，而是将模拟信号传出芯片外，利用芯片外的独立ADC进行变换。这种方式在读出芯片内部全程传输的是模拟电压，极易受到噪声干扰，信噪比低。受限于片外ADC的通道数和变换速度，读出速率难以提高。

另一种方案是在像素阵列的列端集成ADC。如图2所示，每列像素对应一个ADC。模数变换时每次只能通过行选通电路选择一行进行变换，以逐行扫描的方式完成对整个像素阵列的变换和读出。这种变换方式存在以下缺陷：从像素内部到列端传输的依然是模拟电平，传输过程中易受噪声干扰；逐行扫描方式不能对整个像素内的所有像素同时进行模数变换，势必需要在像素内集成模拟缓存来暂时存储模拟电压，这样一来就影响了模拟电压的精度；由于每次只能对一行进行变换，变换时间和阵列规模成正比，对于较大的像素阵列变换时间过长；行选通电路的存在增大了像素阵列外的电路面积，增大了探测死区。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种分布式前端模数变换与读出电路、具有其的像素探测器及成像设备。该模数变换电路分布于像素探测器各像素的内部，可对像素探测器中的所有像素单元的前端模拟电压输出信号同时进行模拟-数字变换，同时无需行列选择结构即可串行读出。相比传统的列端模数变换结构一次只能变换一列像素，本实用新型给出的紧凑型结构可将关键电路集成于像素内部，从而实现所有像素模拟前端输出电压信号的同时模数变换，提高了像素探测器的成像质量。同时无需行列选通读出结构，从而节约了电路面积，减小了探测死区。

本实用新型通过一个全局的斜坡电压发生器，为所有像素提供模数变换的参考电压；利用紧凑型的设计，能够将模数变换结构集成于像素内部，从而实现所有像素同时进行模数变换，缩短模数变换时间，进而提高信号质量的目的。电路中的斜坡发生器、斜坡缓冲器、采样保持电路、比较器和计数器可以有多种不同的实现形式，在本实用新型方案基础上对具体电路部件的替换仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

本实用新型的技术方案为：

一种分布式前端模数变换与读出电路，其特征在于，包括斜波电压发生器、斜波电压缓冲器、多个像素内模数变换及读出电路；其中

所述斜波电压发生器与斜波电压缓冲器连接，用于将产生的斜波电压输入给斜波电压缓冲器；

所述斜波电压缓冲器与各比较器连接，用于将收到的斜坡电压扇入至各像素单元内的比较器；