[发明专利]光子计数中的跨导调谐

说明书

提供了一种电路装置(10)，其包括用于光子计数电流到电压的转换的级(11)阵列。每个级(11)包括可调谐运算跨导放大器(12)和反馈网络(16)，反馈网络(16)形成运算跨导放大器(12)的反馈回路。每个级(11)被配置成提供作为输入信号的函数的输出信号，所述输入信号被提供给运算跨导放大器(12)的放大器输入端(13)，其中，所述输入信号包括一个或更多个电流脉冲，并且输出信号包括一个或更多个电压脉冲。使用可调谐运算跨导放大器(12)能够调谐级(11)的跨导(gsubgt;m/subgt;)，使得避免峰值时间和增益的差。此外，提供了一种成像设备(24)和一种用于操作电路装置(10)的方法。

本申请涉及一种电路装置、一种成像设备和一种用于操作电路装置的方法。

背景技术

在光子计数系统中检测单光子事件。为此，将单光子的能量分别转换为电流脉冲。这些电流脉冲由前端电路转换成电压脉冲。电压脉冲的高度与相应的光子能量成正比。因此，电压脉冲包含频谱信息。为了实现高空间分辨率，能够使用大量的光子计数通道。在这种情况下，因为功耗会随着通道数量的增加而增加，所述需要对整个系统进行充分冷却。对于大型系统，冷却会变得很昂贵。

此外，在很多情况下，传感器和前端电路没有相互集成，因此需要将它们相互连接。传感器和前端电路之间的连接件能够引入寄生输入电容。寄生输入电容对前端电路的噪声行为和速度有直接影响，并且能够显着增加功耗。

此外，对于所有通道，传感器和前端电路之间的连接件通常不具有相同的长度。这导致对于不同通道的不同输入电容。由于输入电容对前端电路性能参数的影响，不同的输入电容会导致不同通道的整形时间、增益和噪声等性能参数不同，从而导致图像伪影。

避免这些问题的一种可能性是采用透硅通孔将电源和输入-输出线引导至硅背面。顶表面的设计与传感器尺寸相匹配。以这种方式，能够将传感器与前端电路直接连接。这导致小而均匀的输入电容。然而，这项技术成本高昂，而且前端电路的尺寸必须与传感器的尺寸相匹配。这增加了前端电路的面积，从而增加了成本。此外，对于不同的传感器，将需要不同的芯片尺寸，这就是为什么需要专用集成电路(ASIC)而无法进行标准产品设计的原因。

在US 20180372887 A1中描述了一种辐射检测器，其中前端电路包括多个评估元件。对于每个评估元件，具有例如可调谐电容器的可调谐反馈元件连接到放大器元件。调节反馈元件的电容，使得对于每个评估元件，相应的输入电容的总和是相同的值。以此方式，平衡了输入电容的差异。然而，以此方式，功耗增加，因为电容之和必须等于最差输入电容以实现均匀性。此外，放大器元件的输入端处的反馈元件能够引入额外的非理想性。

一个目的是提供一种能够有效操作的电路装置。另一目的是提供一种能够有效操作的成像设备。另一目的是提供一种用于操作电路装置的有效方法。

这些目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

发明内容

根据电路装置的至少一个实施例，电路装置包括用于光子计数电流到电压的转换的级阵列。所述级的每一个被配置用于光子计数电流到电压的转换。例如，每个级分别与光子检测器的一个像素相连接。每个级被配置为将电流转换成电压。电流能够是从光子检测器接收的电流脉冲。阵列的级能够彼此并联布置。这能够意味着阵列的级彼此并联连接。级阵列包括用于光子计数电流到电压的转换的多个级。

每个级包括可调谐运算跨导放大器(OTA)，所述可调谐运算跨导放大器包括放大器输入端和输出端。OTA是可调谐的能够意味着OTA的跨导能够调谐或调节，例如在操作期间。为此，OTA能够包括控制输入端。在控制输入端处能够施加控制电压，以调谐OTA的跨导。放大器输入端能够是负输入端并且OTA的另一输入端能够是正输入端。OTA能够被配置为在其输出端处提供电压。OTA还能够被配置为将电流脉冲转换为电压脉冲。