CN101137899A - 像素实现的电流放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种辐射传感器，其特征是具有多个独立的传感器元件，例如像素，传感器元件的每个都具有适用于响应入射的电磁辐射而产生电流的辐射检测部分以及用于放大由辐射检测部分产生的光电电流的电流放大器。因此电流放大在辐射传感器自身的每个像素内本地地执行。此本地电流放大有效地允许增加辐射传感器的灵敏度以及响应，并且因此使得辐射传感器基于CMOS技术而实现。通过电流放大，辐射传感器能够适用于由读出装置以及具有区别输入规格的信号处理模块来读出。进一步，像素实现的电流放大器所需要的偏流在每个像素内部复制并且耦合到相继或相邻配置的传感器元件或像素，由此提供级联的偏流再生和偏流分配方案。
Description
技术领域
本发明涉及辐射检测领域并且特别不限于X射线的检测。
背景技术
X射线的检测是X射线检查的关键技术，特别是涉及医用检查目的的检查，例如位于人体内部的组织的光学检查。对于各种计算机X射线断层造影技术(CT)来说，已经发展了很多种类的X射线检测器。典型地，X射线检测器具有多个传感器芯片，这些传感器芯片的特征是离散光电二极管的二维阵列，其中每一个代表一个图像像素。进一步，X射线检测器典型地使用基于已获得的辐射来产生可见图像的读出电子设备和信号处理装置并且上述都是作为外部设备或单元实现的。在本文中，一个外部设备或外部单元指的是在X射线检测器的辐射感应检测区域外实现的一个设备，例如在传感器芯片外。
其功能中作为光电转换装置的光电二极管响应于入射的电磁辐射而产生电荷。同样原则上对于X射线检测，其中光电二极管典型地与闪烁体结合，这些光电二极管可以基于互补型金属氧化物半导体技术(CMOS)实现。特别地，关于用CMOS实现的X射线检测光电二极管典型的特征是相对于特别为X射线应用设计的专用昂贵光电二极管具有一个受限制的灵敏度和一个减小的响应。通过放大由CMOS实现的光电二极管产生的电流，该灵敏度即CMOS实现的光电二极管阵列的响应通常能够增加。
然而，由光电二极管响应例如通过闪烁体物质从X射线转换的光的入射而产生的电流在幅值上是非常小的，并且因此对外部干扰和扰动是非常敏感的。因此，当实现具有光电电流放大的一个X射线检测芯片时，噪声减少方面是不得不考虑的。
进一步，当基于CMOS技术来实现光电二极管阵列时，使用现有读出电子装置或读出设备是有益的，这些设备已经发展用于非CMOS实现的光电二极管。由于CMOS光电二极管阵列典型地特征是与X射线专用光电二极管不同的输出参数，一个CMOS实现的光电二极管的阵列的成本效率原则上是不能提供必需的辐射检测性能的并且可能不允许直接或者通用地耦合到现有读出电子装置或读出设备。
因此本发明的目的是提供一种具有电流放大功能的辐射传感器，用于减少通常的噪声影响并且用于使传感器输出适于特定传感器读出设备。
发明内容
本发明提供了一种辐射传感器，其具有多个传感器元件。传感器元件的每个都具有适用于响应入射的电磁辐射而产生电流的辐射检测部分和用于电流的持续放大的电流放大装置。典型地，辐射传感器特征是具有一个一维或者二维的传感器阵列，它们也可以用像素来表示，像素的每一个都表示辐射传感器的一个最小离散辐射检测区域。根据本发明，这些像素的每个都具有辐射敏感部分，例如光电二极管，响应一个入射辐射的强度，此辐射敏感部可以提供一个电流，例如光电电流。出了这个光电转换装置，辐射传感器的每个像素进一步具有用于本地放大所产生的光电电流的电流放大装置。
从而，因此在像素自身内部的像素级上直接执行放大，这相对于噪声方面是有益处的。通过这种本地内置放大可以有效地避免对噪声非常敏感的低幅值光电电流的传输。以这种方式，像素实现的电流放大器对每个像素提供了一种具有可观幅值的输出电流，其更少地对噪声和干扰敏感并且因此其允许已获得信号的传输并在远程位置执行各个信号处理装置，该远程位置即不在传感器芯片区域内部的位置。
进一步，通过放大由辐射传感器的每个传感器元件产生的光电电流，辐射传感器的电流输出能够任意地适用于任意规格的专用读出电子装置和读出设备。以这种方式，辐射传感器使用的多样性和通用性能够显著地增强，允许使传感器输出适应于几乎任意规格的各种读出装置。
在一个优选实施例中，通过利用偏流，电流放大装置提供了连续的电流放大。进一步，辐射传感器的传感器元件的每一个都包含有用于从第一传感器元件接收一个输入偏流并且用于提供该偏流给电流放大装置的偏流再生模块。该偏流再生模块进一步适用于产生一个用作相继传感器元件的输入偏流的输出偏流。因此，电流再生模块适用于产生偏流并响应接收到的一个输入电流提供一个输出电流。
偏流被提供给传感器元件的放大装置，但是输出电流提供给另外一个传感器元件，典型地是位于相邻位置的传感器，在这里输出电流被馈送到相应的电流再生模块。电流再生模块提供偏流的再生、复制或产生偏流的复制品以及因此允许提供偏流给不具有偏流分配机制的辐射传感器的每一个传感器元件。
实际上，电流再生模块使得偏流能够分散地分配给多个传感器元件，优选地分配给辐射传感器的所有像素或传感器元件。因此，偏流的分配在每个传感器元件自身实现，其原则上允许辐射传感器的多个感应元件的耦合结构的多样性。
根据每个传感器元件的电流放大器的规格，电流再生模块可能适用于产生一个不同于输入电流以及不同于偏流的输出电流。此使得如果需要，能够分配不同偏流给辐射传感器的不同传感器元件。例如，由电流再生模块产生的输出电流可能被并联耦合到两个连续的传感器元件。在这种情况下，为了具有对所有传感器元件的相同输入电流，输出电流必须被放大两倍因数。
根据本发明的进一步优选实施例，辐射传感器的传感器元件通过传感器元件的电流再生模块以级联的方式耦合。在这种方式下，由第一传感器元件的电流再生模块产生的输出电流耦合到第二传感器元件的电流再生模块作为输入电流。此电流再生模块顺次提供一个输出电流，耦合到第三传感器元件的电流再生模块，依此类推。因此，根据例如菊链结构或拓扑，辐射传感器的所有传感器元件能够通过它们的电流再生模块有效地耦合。如果辐射传感器特征是传感器元件的二维阵列，例如传感器元件可以以行方式或者列方式耦合。进一步，辐射传感器的各个传感器元件的行和列方式的互连是可能的。
例如，具有行方式菊链结构，第一行的最后一个传感器元件可能耦合到第二行的最后一个传感器元件，第二行的最后一个传感器元件顺次耦合到第二行的倒数第二个传感器元件，依此类推。在这样一个互连结构中，关于输入/输出(I/O)端口的布线复杂性保持在低水平，其相对于成本效率和制造复杂性是有利的。
根据本发明的又一个优选实施例，电流再生模块耦合到一组传感器元件并且进一步适于给传感器元件组中的每一个传感器元件提供输入电流。在这个实施例中，辐射传感器的各种传感器元件典型地成串配置成多组传感器元件并且一组传感器元件的每一个传感器都从一个共用传感器元件接收一个输入电流。从而，一组传感器元件可以成串并且提供给传感器元件串的输入电流内部分配给该串的传感器元件。代替严格的级联方式，此实施例允许多组传感器成串地配置，其可能对专用辐射传感器应用是有益的。
根据本发明的一个优选实施例，电流再生模块的输入电流和输出电流在幅值上基本相等。因此，电流再生模块由此用于提供复制或用于提供输入电流的复制给相继的传感器元件，例如是邻近配置的传感器元件。因此，辐射传感器的每个像素或每个传感器元件接收输入电流并提供相同幅值的输出电流，这样如果传感器元件的每个输入端都准确耦合到另外一个传感器元件的输出端就保证一个均匀的偏流分配。在这种方式下，辐射传感器的几乎所有传感器元件都可以是相同结构并且具有相同的电子特性。
在多个辐射传感器的传感器元件中，仅两个传感器元件不能相应地耦合到相继或相邻近配置的传感器元件。典型地，具有至少一个耦合到外部偏流源的传感器元件，以及至少一个输出端没有耦合到另外一个传感器元件的输入端的传感器元件。然而，耦合到电流放大装置的偏流源可以一直与电流再生模块的输入电流以及输出电流不同。原则上，从电流再生模块耦合到电流放大装置的偏流在作为偏流耦合到电流放大装置之前，可以由电流再生模块放大或减小。此特征允许对各种不同电流放大器的一个特定的电流再生模块的通常适用性，上述电流放大器关于偏流具有不同规格。
进一步，偏流和输入电流在幅值上也基本相同。进一步考虑输入电流和输出电流可以在幅值上基本相同，所有三个电流，即偏流、输入电流和输出电流全部在幅值上相同。在这种情况下，电流再生模块用作电流复制模块产生一个输入电流的两个同样的复制。这允许整个辐射传感器的同类结构，其中每个传感器元件即像素其特征表现在同样的内部结构。
根据本发明的进一步优选实施例，电流放大装置和/或电流再生模块包括至少一个电流镜电路。利用电流镜电路来进行电流放大允许放大由辐射检测部分产生的电流而对辐射检测部分的电特性没有实质上的影响。并且，电流镜电路的使用允许输入电流的有效再生，而在提供输入电流的相继传感器元件的输出端的电特性方面具有可忽略的影响。因此电流镜电路的使用分别对于由电流再生模块和电流放大装置提供的偏流再生的和电流放大是具有成本效率和高效的手段。
根据本发明的一个进一步优选实施例，电流放大装置包括跨阻放大器。此跨阻放大器用于通过电阻将内部电流转换为电压。
进一步，电流放大装置也可以适用于基本线性地放大由辐射检测部分提供的电流。电流镜电路和跨阻放大器均优选地工作于线性放大模式。因此，电流镜电路和跨阻放大器的工作点能够任意地改变以提供光电电流的基本线性地放大。
此外，电流镜电路也可以作为调节的电流镜电路并且可以进一步至少包括第一和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管的第一和第二增益最终确定电流镜电路的总体增益。电流镜电路的增益典型地由第一和第二晶体管的各自的几何尺寸比来支配。
在另一个实施例中，辐射传感器包括一个为电流镜电路提供偏流的电流源。通过电流源，电流镜的工作点能够适当地调整来保证用于给定应用的带宽规格能够匹配。
根据本发明的进一步优选实施例，电流再生模块进一步包括一个用于耦合偏流以及耦合放大的偏流到电流放大装置的第二电流镜电路。典型地，电流放大装置提供偏流的放大以及由传感器元件的辐射检测部分产生的光电电流的放大。由于一个放大的偏流不提供所获得辐射的、对于信号处理和图像获取可能有用的任何信息，作为放大光电电流的副产品的放大的偏流必须从电流放大装置的放大的输出信号中减去。
优选地，电流再生模块的第二电流镜有效地提供从电流放大装置的输出电流中减去放大的偏流。因此，通过使用电流再生模块的两个电流镜，电流放大装置的工作点能够适当地调整并且其放大的输出电流能够以这种方式改变，以使得其仅代表放大的光电电流。
在本发明的一个优选实施例中，电流放大装置适用于响应从辐射检测部分接收的电流来产生一个放大的电流。该由电流放大装置产生的放大电流与由辐射检测部分产生的电流相比也具有相反的符号。此电流方向的反相不是强制的但可能需要辐射检测器到一个外部读出设备的适应。根据读出装置的类型和辐射传感器的特定工作，像素实现的电流放大的增益以及放大电流的极性能够被适当地适用。
根据本发明的一个进一步优选实施例，辐射检测部分和/或电流放大装置和/或电流再生模块是基于互补金属氧化物半导体技术(CMOS)或类似集成电路生产工艺实现的。进一步，每个传感器元件的单个部件，也就是辐射检测部分、电流放大装置和电流再生模块都近邻配置于一个共用基底上。特别地，这样一种CMOS技术的执行实现了辐射传感器的成本效率并且进一步适应辐射传感器和传感器元件的大规模生产。
根据本发明的进一步优选实施例，辐射检测部分或每个传感器元件的光电检测装置都对X射线敏感。因此，光电检测装置能够例如由结合有闪烁物质的光电二极管实现。在那种情况下，整个辐射传感器都可适用于X射线检测并且优选设计为集成到一个X射线检测装置，例如CT扫描器，用于生物体组织或位于大体积中的不易接近结构的X射线检查。
本发明的另一个方面提供了一种辐射传感器，其具有多个传感器元件，每个传感器元件都包括一个适用于响应入射的电磁辐射产生电流的光电检测部分以及一个用于通过连续的电流放大产生一个放大电流的电流放大器。传感器元件典型地相应于辐射传感器的像素，该辐射传感器典型地包括传感器元件即像素的一维或二维阵列。在本文中，电流的连续放大指的是电流放大器处于连续工作模式的方面。因此，传感器元件的电流放大器不工作于脉冲模式以积聚受放大支配的电荷。
根据一个优选实施例，辐射传感器的传感器元件的每一个进一步具有用于从第一传感器元件接收输入电流的电流再生模块，该电流再生模块还用于提供偏流给电流放大器以及用于产生一个输出电流作为用于相继传感器元件的输入电流。优选地，该相继传感器元件以及第一传感器元件相对于该传感器元件邻近地配置。这种相对于偏流相互耦合的传感器元件的邻近配置相对于布线复杂性是有利的，并将偏流级联地、均匀地以及高效地分配到辐射传感器的所有传感器元件。
在本发明的另一个方面，提供了一个具有至少一个辐射传感器的X射线检测装置，其中该辐射传感器具有多个传感器元件，每个传感器元件都包括适用于响应入射的电磁辐射产生电流的光电检测部分以及用于通过连续的电流放大产生一个放大电流的电流放大器。传感器元件典型地相应于辐射传感器的像素，该辐射传感器典型地包括传感器元件即像素的一维或二维阵列。在本文中，电流的连续放大指的是电流放大器处于连续工作模式的方面。因此，传感器元件的电流放大器不工作于脉冲模式以积聚受放大支配的电荷。
根据一个优选实施例，辐射传感器的传感器元件的每一个进一步具有用于从第一传感器元件接收输入电流的电流再生模块，该电流再生模块还用于提供偏流给电流放大器以及用于产生一个输出电流作为用于相继传感器元件的输入电流。优选地，该相继传感器元件以及第一传感器元件相对于该传感器元件邻近地配置。这种相对于偏流互相耦合的传感器元件的邻近配置相对于布线复杂性是有利的，并将偏流级联地、均匀地以及高效地分配到辐射传感器的所有传感器元件。
进一步，需要指出的是，在权利要求中的任何参考标记都不被解释为限制本发明的范围。
附图说明
在下面将通过参考附图来说明本发明的各种实施例，其中：
图1示出了辐射传感器和传感器元件的示意性模块图，
图2示出了具有多个辐射传感器的辐射检测器的示意性模块图，其中每个辐射传感器都具有多个传感器元件，
图3示出了辐射传感器的成串连接的传感器元件的模块图，
图4示出了以跨阻放大器实现的电流放大器的模块图，
图5示出了以电流镜像实现的电流放大器的模块图，
图6示出了传感器元件的内部结构的示意性模块图，
图7示出了电流再现模块的具体电路图。
具体实施方式
图1示出了辐射传感器的模块图，该辐射传感器具有至少一个传感器元件102，其包括一个辐射检测区域或辐射检测部分104以及电流放大器106。辐射检测部分104响应电磁辐射108的检测来提供一个电流给电流放大器106。典型地，辐射检测区域104由提供光电电流给放大器106的CMOS光电二极管实现，电流的大小是相应于入射电磁辐射108的强度。典型地，辐射检测部分104覆盖了传感器元件102的区域的主要部分。并且，电流放大器106邻近地紧靠辐射检测部分设置并且辐射检测部分104和电流放大器106在相同的基底上实现。
放大器106响应由辐射检测部分104提供的光电电流所产生的放大电流典型地耦合到信号处理模块110。由于电流的放大，信号处理模块110可以在相对于传感器元件102的远程位置来实现，例如其可以在辐射传感器100和传感器元件102的阵列的区域之外来实现。特别地，这样一个实现需要在电流放大器106和信号处理模块110之间各自的电导体。由于放大的电流对外部干扰和噪音的敏感变弱，电流放大器106的实现是有益的。进一步，通过像素中放大器106的放大允许基于CMOS技术来实现辐射检测部分并且因此用来补偿CMOS实现的辐射检测部分104相对于昂贵的专用光电检测元件的受限制敏感度以及响应。
典型地，信号处理模块110耦合到多个传感器元件102。例如，单个信号处理模块可以用作对所有辐射传感器的读出设备。因此，信号处理模块可以适用于处理例如由CMOS实现的辐射传感器100获得的所有信号。优选地，传感器元件102和信号处理模块110可以通过集成电路来实现。
例如，信号处理模块110可以被设计成用于不同类型的辐射检测器100，例如，辐射检测器100不是基于CMOS技术实现的。特别地，依靠在辐射检测器100的每个像素102中实现的电流放大，辐射检测器100利用不同的信号处理模块110或相应的读出设备能够普遍地适用于读出。该电流放大提供了传感器元件的输出到信号处理模块110或相似读出设备的输入规格的匹配。
图2示意性地示出了辐射检测器160的模块图。这里，辐射检测器160具有三个辐射传感器130、140、150。示范性地说明辐射传感器130的内部结构。辐射传感器130包括传感器元件102、112、122...的阵列，这些传感器元件102、112、122的每一个都包含一个辐射检测区域104，例如一个光电二极管，以及图1中示出的信号处理模块106。传感器元件102、112、122的每一个适用于单独地放大由各自的光电二极管响应于电磁辐射尤其是X射线的入射而产生的光电电流。在典型实施例中，如在X射线检测设备中，这样一个辐射检测器160可以具有大量的辐射传感器，大概几百个。这些辐射传感器130、140、150也表示为光敏芯片。并且，在典型实施例中，每个辐射传感器130、140、150也具有大量像素，甚至几百或者几千，其中每个的特征是具有位于平方毫米或者小于平方毫米(sub-square milimeter)范围内的尺寸。
特别地，由于通过使用CMOS技术实现将光电转换部和各自的预处理装置集成在一个公共基底上，这样的芯片130能够在大规模生产过程中以一种经济的方式来生产。
此外，传感器元件102、112、122中的每一个都可以包括偏流再生模块以及如同依靠用于偏流再生和偏流分配的偏流再生模块互连的传感器元件102、112、122所设置的阵列。优选地，不同的传感器元件或像素102、112、122以菊链配置或级联方式互连，例如行方式或列方式或是行方式和列方式的结合。
图3示出了辐射传感器30的示意性模块图，其中辐射传感器30具有至少两个传感元件102、112。每个传感元件102、112具有例如光电二极管114、124的光电转换装置，电流放大器(106、116)以及偏流再生模块(118、128)。光电二极管114、124适用于响应入射辐射108来产生电荷。由光电二极管产生的电荷作为光电电流提供给电流放大器(106、116)。在放大的电流通过放大器输出107、117耦合到连续信号处理装置之前，电流放大器提供光电电流的显著放大，该信号处理装置基于接收到的辐射108来产生例如可视图像。
电流放大器106、116典型地通过电流镜电路和运算放大器来实现，该电流镜电路使用至少两个具有不同几何结构的晶体管，该放大器用于保持上述至少两个晶体管在线性体制下放大。在这种线性放大体制下，电流放大器106、116的晶体管需要由偏流再生模块118、128提供的不同的偏流。例如，偏流再生模块118提供一个偏流给电流放大器106并且偏流再生模块128提供一个偏流给电流放大器116。
偏流再生模块118通过再生器输入端口121从外部电流源132接收输入电流。于是偏流再生模块118产生输出电流并提供给再生器输出端口119并且也产生偏流并通过再生器输出端口115耦合到电流放大器。优选地，相比于由电流源132提供的输入电流，输出电流以及偏流具有相同的幅值并且两者的特征也是相同的幅值。
提供给再生器输出119的输出电流作为邻近配置的传感器元件112的偏流再生模块128的输入电流。因此，再生模块118的输出端口119耦合到再生模块128的输入端口131。偏流再生模块128依次以这样相同的方式像偏流再生模块118一样工作。其通过输出端口125提供偏流给电流放大器116并且通过输出端口129提供另外一个输出电流给相继的传感器元件。在这种方式下，关于偏流耦合，辐射传感器130的各种传感元件102、112以级联方式耦合，其特征例如是菊链结构。
这种偏流的级联或串联耦合有效地替代了中间偏流分配结构并且有效地将辐射传感器130的不同传感元件102、112的配线的复杂性保持在一个较低的水平。关于制造成本和辐射传感器设计，此是特别的优点。并且，由于传感器元件102之间的相互影响基本相同，此实现方式提供了不同传感元件102、112的高水平对称性。
传感器元件102、112的互连的一般拓扑决不局限于已说明的菊链结构。其它互连结构，使用群集的一组传感器元件也是可以的。更进一步，特定偏流再生模块118、128的不同的电流例如偏流、输出电流和输入电流也决不是一定具有基本相同的幅值。取决于传感器元件102、112的互连结构，由例如偏流再生模块118提供的输出电流可能耦合到相应多个传感器元件的多个偏流再生模块。
依靠像素实现的偏流再生，整个辐射传感器芯片或辐射传感器130以及所有其传感器元件能够通过辐射传感器130到外部偏流源132的单个耦合被分别地提供共用偏流。因此，偏流的分配和再生由辐射传感器及其传感器元件102、112自己内部提供。特别地，此传感器实现的偏流再生和分配能够实现模块化辐射传感器概念，其中辐射传感器130、电流源132以及用于辐射传感器的读出电子装置可以作为分离的可互换模块来提供。此允许增加通用普遍性和全部辐射感测或辐射检测系统的应用区域。
图4示出了依靠跨阻放大器实现的电流放大器106的模块图。这里，电流放大器具有一个运算放大器164，例如一个跨导运算放大器(OTA)，和两个电阻166、168。运算放大器164和电阻166有效地相应于跨阻放大器。例如，提供由光电二极管114产生的光电电流的输入端口162耦合到运算放大器164的反相输入端。在这种情况下，运算放大器的正相输入端耦合到地。电阻166并联耦合到运算放大器的反相输入端以及其输出端。电阻168依次串联耦合到运算放大器164的输出端以及电流放大器106的输出端。此电流放大器106的增益系数近似给定为R1/R2，其中R1对应于电阻166并且R2对应于电阻168。
图5示出了作为调节电流镜实现的电流放大器106的内部结构。这里，辐射检测部分由光电二极管114来表示，光电二极管114在电流放大器106的输入端口162提供光电输入电流。光电二极管114典型地基于CMOS技术实现。电流放大器106进一步具有晶体管176和178以及运算放大器174，运算放大器174可以例如是跨导运算放大器(OTA)。进一步，电流放大器106具有电流源170和172。
光电二极管114提供了表示在光电二极管上入射辐射强度的光电电流。电流源170为晶体管176和178二者提供了偏流。通过这个电流源170，适当地调节晶体管176、178的工作点。晶体管176具有确定的几何尺寸(W/L)1，反之晶体管178特征是一个几何尺寸(W/L)2，其中W和L分别是晶体管的宽度和长度。那么电流放大器106的总体增益由晶体管178的几何尺寸除以晶体管176的几何尺寸的比例来给定，并且因此由N来给定，即N＝(W/L)2/(W/L)1.运算放大器174的两个输入端耦合到晶体管176和晶体管178的漏极。运算放大器174用于补偿两个晶体管176、178的任何非线性的放大作用。因此，运算放大器116的输出耦合到晶体管176和178的源极。以这种方式，例如OTA的运算放大器用来调节晶体管176、178的工作点，这样它们提供了大体上相同的漏源电压来精确匹配增益系数。在这种情况下，能够有效地抵消晶体管的非线性性能。
第二电流源172减去偏流Ibias的N倍，因此流过晶体管178的电流等于N*(Ibias+Iphotoelectric)，其中Iphotoelectric相应于由光电二极管114提供的电流。因此电流源172有效地用于从晶体管178的电流中减去放大的偏流N*Ibias。在这种方式下，在输出端107的输出电流大体上等于所需要的N*Iphotoelectric。电流源172大体上提供从晶体管178的输出减去一个电流，例如能够通过使用如这个模块图中所示的相似的电流镜方法来实现这个电流源172。
通常地，输出电流的极性相对于光电二极管114提供的光电电流的极性是反向的。因此，能够从输出端107得到的输出电流在不同的方向流动并且在幅值上典型地相差系数N。如果信号处理模块110和读出设备需要的话，输出电流的极性也可以切换到那个状态，即其特性是与光电电流相同的极性。
图4和图5示出的电流放大器方法能够用于提供辐射传感器的像素中电流放大。以这种方式，获得的电信号，例如电流，可以在其被传输用于数据处理目的之前在本地放大。以这种方式，数据获取和信号传输的整体机构对噪音和其它干扰变得更不灵敏。进一步，通过提供本地内置的电流放大，辐射检测器的灵敏度以及响应能够有效地增加，因此允许实现用于例如X射线检测应用的更加经济的基于CMOS的检测器阵列。本发明也建立了用于X射线检测器和各自读出电部件的模块化概念。
图6示意性地示出了传感器元件102的内部结构，其中电流放大器106和偏流再生模块118通过两个分离的导线相连。偏流再生模块118的输出端115耦合到电流放大器106，用于提供特定的偏流来用于放大光电二极管114提供的光电电流。在这个图示中，电流指向电流放大模块118的输出端115的箭头用来说明偏流的极性。放大器输出113提供放大的偏流给偏流再生模块118。由于电流放大器106典型地适用于放大光电电流和偏流，放大的偏流不得不从电流放大器106产生的总体放大电流中减去。因此，图6中的输出端115相应于图5中的偏流源170，反之图6中的放大器输出113相应于图5中的偏流源172。
以这种方式，放大的偏流反馈到偏流再生模块118并且表示所获得的电磁辐射108的放大的光电电流在放大器输出端107提供给后来的信号处理。提供给电流放大器106的偏流典型地具有这样一个极性，即其从电流放大器106流向电流再生模块118。
图7示出了偏流再生模块118的具体电路图。偏流再生模块118具有第一镜像电路，其特征是晶体管184、186和运算放大器180，运算放大器180像例如跨导运算放大器(OTA)。进一步，再生模块118具有包括晶体管190、192和运算放大器182的第二镜像电路。两个镜像电路通过晶体管188相互耦合。特别地，第二镜像电路耦合到放大器106。其用于通过端口115来提供偏流以及提供放大的偏流到放大器端口113。优选地，晶体管184、186、188、190和晶体管192的特征是相同的电特性并且具有大体上相等的增益。相反的，晶体管194具有N倍于晶体管184、186、188、190、192的增益。系数N相应于电流放大器106的增益并且因此也表示偏流幅值和放大的偏流幅值之间的系数。
第一镜像电路有效地用于再生通过输入端口121耦合到偏流再生模块118的输入电流。此输入电流可以由以一个外部偏流源或者一个近邻配置的像素元件的偏流再生模块来提供。由晶体管184、186和运算放大器180构成的第一镜像电路用于产生输入电流的复制并且将此复制的输入电流提供给输出端口119，此典型地耦合到辐射传感器的相继的传感器元件。第二镜像电路适用于将在输入端121接收到的输入电流耦合到输出端115。因此其用于将输入电流作为偏流延迟或发送到电流放大器106。
进一步，通过晶体管194，第二镜像电路适用于从电流放大器106接收放大的偏流或者耦合各自的放大偏流到电流放大器106，因此相比较于输出端115提供的偏流，该放大的偏流具有不同的极性。
特别地，通过利用复制的输入电流，用于光电电流的像素实现的放大的偏流能够重复地再生以及发送到辐射传感器的相继或相邻配置的传感器元件。此有效地实现减少辐射传感器布线的复杂性并且使得实现用于偏流源、辐射传感器以及用于连续信号处理的读出电装置的模块化观念。像素实现的电流放大以及偏流再生有效地使得光电电流本地放大并且因此信号获取和信号传送的所有结构变得对噪音和干扰更不敏感。该本地像素实现的电流放大和偏流再生因此允许增加灵敏度并且增加辐射传感器的响应，如果辐射传感器的部件是基于CMOS技术实现的，则该辐射传感器是特别有利的。
参考数字列表
102 传感器元件
104 辐射检测部分
106 电流放大器
107 再生器输出
108 辐射
110 信号处理模块
112 传感器元件
113 放大器输出
114 光电二极管
115 再生器输出
116 电流放大器
117 再生器输出
118 再生模块
119 再生器输出
121 再生器输入
122 传感器元件
124 光电二极管
125 再生器输出
129 再生器输出
130 辐射传感器
132 电流源
140 辐射传感器
150 辐射传感器
160 辐射检测器
162 电流放大器输入
164 运算放大器
166 电阻
168 电阻
170 电流源
172 电流源
174 运算放大器
176 晶体管
178 晶体管
180 运算放大器
182 运算放大器
184 晶体管
186 晶体管
188 晶体管
190 晶体管
192 晶体管
194 晶体管
Claims (15)
1.一种具有多个传感器元件(102，112，122)的辐射传感器(130，140，150)，传感器元件的每一个都包含：
-适用于响应入射的电磁辐射(108)而产生电流的辐射检测部分(104)，
-用于电流的连续放大的电流放大装置(106)。
2.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中电流放大装置(106)通过利用偏流来提供电流的连续放大并且其中传感器元件(102)的每一个进一步包括电流再生模块(118)，该电流再生模块用于从第一传感器元件接收输入电流并提供偏流给电流放大装置并且还用于产生输出电流来用作相继传感器元件(112)的输入电流。
3.根据权利要求2的辐射传感器(130，140，150)，其中多个传感器元件中的所述传感器元件(102，112)通过传感器元件的电流再生模块(118，128)以级联的方式耦合。
4.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中电流再生模块(118，128)耦合到一组传感器元件并且进一步适用于给该组传感器元件中的每一个传感器元件提供输入电流。
5.根据权利要求2的辐射传感器(130，140，150)，其中输入电流和输出电流在幅值上基本相等。
6.根据权利要求2的辐射传感器(130，140，150)，其中电流放大装置(106)和/或电流再生模块包括至少一个电流镜电路。
7.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中电流放大装置(106)包括跨阻放大器。
8.根据权利要求2的辐射传感器(130，140，150)，其中电流再生模块(118，128)进一步包括用于耦合偏流以及用于耦合放大的偏流给电流放大装置(106，116)的第二电流镜电路。
9.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中电流放大装置(106)适用于响应电流而产生放大电流以及其中该放大电流与所述电流相比较具有相反的符号。
10.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中辐射检测部分(104)、电流放大装置(106)和电流再生模块(118，128)都是基于互补金属氧化物半导体技术来实现的并且相邻地配置在一个共用基底上。
11.根据权利要求1的辐射传感器(130，140，150)，其中辐射检测部分对X射线敏感。
12.一种具有多个传感器元件(102，112，122)的辐射传感器(130，140，150)，传感器元件的每一个都包括：
-适用于响应入射的电磁辐射(108)而产生电流的光电检测部分(104)，
-用于通过电流的连续放大而产生放大电流的电流放大器(106)。
13.根据权利要求12的辐射传感器(130，140，150)，其中电流放大器(106)通过利用偏流来提供电流的连续放大并且其中传感器元件(102)的每一个进一步包括电流再生模块(118)，该电流再生模块用于从第一传感器元件接收输入电流并提供偏流给电流放大器并且还用于产生输出电流来用作相继传感器元件(112)的输入电流。
14.一种具有至少一个辐射传感器(130，140，150)的X射线检测装置，该辐射传感器具有多个传感器元件(102，112，122)，每个传感器元件都包括：
-适用于响应入射的电磁辐射(108)而产生电流的光电检测部分(104)，
-用于通过电流的连续放大而产生放大电流的电流放大器(106)。
15.根据权利要求14的X射线检测装置，其中电流放大器(106)通过利用偏流来提供电流的连续放大并且其中传感器元件(102)的每一个进一步包括电流再生模块(118)，该电流再生模块用于从第一传感器元件接收输入电流并提供偏流给电流放大器并且还用于产生输出电流来用作相继传感器元件(112)的输入电流。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20080305 |
|
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |