一种辐射探测器前端读出电路

本发明涉及大动态范围前端读出电路，特别涉及一种辐射探测器前端读出电路。

背景技术：

1、在核电子学、粒子辐射探测前端读出电路领域，以及空间粒子探测等应用中，入射粒子的能量范围较宽，极易造成输出信号饱和或信号太小的问题，因此要求前端读出电路具有较大输入电荷动态范围。

2、参考文献1“e.a.wulf,w.hou,g.de geronimo,j.m.roberts,s.e.boggs,andb.f.phlips,"front-end asic for germanium strip detectors,"nuclearinstruments&methods in physics research section a-accelerators spectrometersdetectors and associated equipment,vol.954,feb 21 2020,ar t.no.161230.”提出了一种采用寄存器进行增益调节的前端读出电路结构。在高能量粒子入射时，采用低增益。在低能量粒子入射时，采用高增益。通过调节增益来保证输入动态范围。这种方法，虽然可以实现较宽能量范围的粒子读出，但是前提是对入射粒子的能量范围需要预先判断。通过在前端电路工作前进行寄存器配置，调节增益来适配该能量范围内的粒子。因此，在随机粒子入射时，若粒子能量预判失误，则会造成输出信号饱和或太小，引起读出错误。除此外，片外调节方式在实际应用中增加了系统配置的工作量和难度。

3、参考文献2“自动增益控制电路、装置及信号幅值确定方法”提出了一种自动增益控制电路，如图1所示，该电路主要包括信号延迟模块、增益调整模块、可变增益放大器模块以及数字计算模块。该电路结构的工作原理是：先通过信号延时模块对输入信号进行延时处理，将延时后的信号传输至可变增益放大器模块和增益调整模块，增益调整模块根据输入信号的信号强度确定增益调节信号，可变增益放大器模块根据增益调节信号对延迟后的信号进行处理，获得目标信号。

4、可见尽管现有技术实现了增益自适应调节功能，但存在以下几个问题：1、该电路在信号传递过程中引入的信号延迟模块会引入额外的噪声和频率分量，不利于低噪声电路的设计和容易造成信号失真。2、模拟前端电路对噪声串扰比较敏感，该电路引入了数字计算模块用于计算输入信号幅值和对增益调整模块进行复位，可能会引入串扰影响读出。3、该电路引入了额外的功能模块，增加了功耗，不利于低功耗电路设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种辐射探测器前端读出电路，以解决现有技术中引入的信号延迟模块会引入额外的噪声和频率分量，不利于低噪声电路的设计和容易造成信号失真的问题。

2、本发明具体提供如下技术方案：一种辐射探测器前端读出电路，包括：

3、前置放大器，用于接收输入的入射粒子的电荷，并对所述电荷进行前置放大，获得放大信号；

4、高速比较器，其输入端连接前置放大器输出端，用于在接收的放大信号超过设定阈值时，输出增益调节信号；

5、增益可调成形器，由前级结构和后级结构构成；所述前级结构输入端与前置放大器输出端连接，用于对前置放大器输出波形进行滤波，并对滤波后的波形施加延迟；所述后级结构输入端与前级结构输出端、高速比较器输出端分别连接，用于在施加延迟的所述波形到达后级结构之前，通过增益调节信号调节后级结构的增益，并在施加延迟的所述波形到达后级结构时对所述波形进行调节，获得增益变化后的输出信号。

6、优选的，所述高速比较器输出端连接有单稳态电路，所述单稳态电路由下拉cmos逻辑电路或上拉cmos逻辑电路构建，其中所述上拉cmos逻辑电路或下拉cmos逻辑电路的选择由各控制信号的逻辑关系决定。

7、优选的，所述高速比较器输入端接收阈值电压vref，所述阈值电压vref用于与所述前置放大器输出波形进行比较，产生由触发脉冲构成的增益调节信号。

8、优选的，所述后级结构中的电阻和电容用于通过增益调节信号进行自身调节，改变后级结构的增益。

9、优选的，所述下拉cmos逻辑电路用于构建开关，在产生触发脉冲时，通过开关对电阻或电容进行短路，对高速比较器输出方波的时间进行展宽。

10、优选的，所述前置放大器为电荷灵敏放大器。

11、优选的，所述增益可调成形器为cr-(rc)n成形器。

12、优选的，所述高速比较器为运算放大器。

13、与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

14、本发明通过设置前置放大器和高速比较器，对接收的信号进行放大和比较输出，且分别与增益可调成形器连接，利用增益可调成形器本身产生的延迟效果，大大降低现有技术中因设置信号延迟模块会引入额外的噪声和频率分量的情况，且本发明并没有引入额外电子元件，整体电路更简单、功耗更低、电路面积小，因此更适合在通道内集成。本发明电路中不需要数字电路配合完成功能，因此仅靠比较器就能实现增益控制切换的功能，不会给模拟电路带来高频串扰，提高了电路抑制噪声的性能。

技术特征：

1.一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述高速比较器输出端连接有单稳态电路，所述单稳态电路由下拉cmos逻辑电路或上拉cmos逻辑电路构建，其中所述上拉cmos逻辑电路或下拉cmo s逻辑电路的选择由各控制信号的逻辑关系决定。

3.如权利要求2所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述高速比较器输入端接收阈值电压vref，所述阈值电压vref用于与所述前置放大器输出波形进行比较，产生由触发脉冲构成的增益调节信号。

4.如权利要求3所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述后级结构中的电阻和电容用于通过增益调节信号进行自身调节，改变后级结构的增益。

5.如权利要求4所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述下拉cmos逻辑电路用于构建开关，在产生触发脉冲时，通过开关对电阻或电容进行短路，对高速比较器输出方波的时间进行展宽。

6.如权利要求1所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述前置放大器为电荷灵敏放大器。

7.如权利要求1所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述增益可调成形器为cr-(rc)n成形器。

8.如权利要求1所述的一种辐射探测器前端读出电路，其特征在于，所述高速比较器为运算放大器。

技术总结本发明公开了一种辐射探测器前端读出电路，涉及大动态范围前端读出电路技术领域，包括：前置放大器用于接收输入的入射粒子的电荷，并对电荷进行前置放大，获得放大信号；高速比较器输入端连接前置放大器输出端，用于在接收的放大信号超过设定阈值时，输出增益调节信号；增益可调成形器由前级结构和后级结构构成；前级结构输入端与前置放大器输出端连接，用于对前置放大器输出波形进行滤波，并对滤波后的波形施加延迟；后级结构输入端与前级结构输出端、高速比较器输出端分别连接，用于在施加延迟的波形到达后级结构之前，通过增益调节信号调节后级结构的增益，并在施加延迟的波形到达后级结构时对波形进行调节，获得增益变化后的输出信号。本发明电路结构利用成形器本身产生的延迟效果，且不需要数字电路配合完成功能，没有引入时钟、复位等控制信号，仅靠比较器就能实现增益控制切换的功能，不会给模拟电路带来高频串扰，提高了电路的噪声性能。技术研发人员：王佳,高海超,魏晓敏,郑然,薛菲菲,赵瑞光,胡永才受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25