CN103975527A - 用于在模拟-数字转换器的输入端调节随机电压脉冲流的设备 - Google Patents

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CN103975527A CN201280059409.XA CN201280059409A CN103975527A CN 103975527 A CN103975527 A CN 103975527A CN 201280059409 A CN201280059409 A CN 201280059409A CN 103975527 A CN103975527 A CN 103975527A
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Abstract

本发明涉及用于将电压脉冲(Vimp)的随机流转换调节后的数字数据的设备(100)。该设备的特征在于，该设备包括：流调节设备(10)和位于流调节设备(10)的输出端的模拟-数字转换器(4)，所述转换器以转换频率执行模拟数字转换。流调节设备(10)包括容量K的缓冲存储器，K为大于等于1的整数，该设备的存储器存储对应于每个接收脉冲的的电压信息，以转换频率执行缓冲存储器的读取。

Description

用于在模拟-数字转换器的输入端调节随机电压脉冲流的设备
技术领域
本发明涉及用于在成像系统的模拟-数字转换器的输入端调节随机电压脉冲流的设备。
背景技术
成像系统由对电磁辐射范围敏感的像素矩阵组成。光电探测器和微型电子电路与每一个像素相关联。
当光电探测器受到其敏感的能量为hv的外来光子流时，与所述外来的光子流成比例的生成电荷。然后，所产生的电流被所述像素的电子电路放大和处理。所述电子电路通过测量由检测器收到的所述光子的能量来提供为了重建可见影像所需要的信号。
成像系统的两个特性必须被考虑：空间分辨率和能量分辨率。
空间分辨率取决于光电探测器的尺寸，其被假定为对于所有的像素相同，限定所述图像的基本点的尺寸。
就其本身而言，所述能量分辨率取决于所述电子电路测量由所述关联的光电探测器收到光子的能量的能力。应当理解，实际上接收的特定光子的能量损耗可能会损害所述重构图像的分辨率。
尽管易于控制空间分辨率，能量分辨率的增加是通过电子电路规范和与它们相关的限制来限制的。实际上，像素的电子电路从属于重要技术限制：尤其是必须具有低消耗和高动态。
在图1中示出由与像素相关联的光电探测器和微型电子电路组成的组件的框图。光电探测器1接收入射光子ph，并且所述电子电路由测量通过检测器1传递的信号的前置放大器2，处理通过前置放大器2传递的信号的头部放大设备3，以及数字化由头部放大设备3传递的信号获得所述入射光子的能量柱状图的能量量化电路4组成。可以从该柱状图中获得所接收的入射光子ph的能谱。
成像系统必须能够测量以高速率到达的入射光子的能量。所述现行标准是1％的检测分辨率以及入射光子流的数量级为107.s-1.mm-2。
为了达到此目标，为了尽可能的限制当信号从检测器1路由至模拟-数字转换器4时的信号损耗，每一个像素、前置放大器2、头部放大设备3和变换器4必须具有高信噪比。
大多数的高效低噪声前置放大器使用电流积分器。图2示出这样一个与检测器1有关的组件。
检测器1包括由对光子流敏感的材料M制造的元件，以及连接元件M到高电压HT的电阻器R。电流积分电路包括电容器C1、放大器A1、电容器Cint和电阻器Rp。电容器C1安装在放大器A1的非倒相输入端，以及电容器Cint和电阻器Rp并行安装在放大器A1的倒相输入端和输出端之间。
示意性地，当光子以足够的能量进入材料M时，其可以互相影响并在该材料中创建电荷，其电荷被施加到所述检测器的电场影响分开。元件M然后在光子ph被检测的过程中生成检测电流i(t)。更具体地说，电流脉冲为在所述材料中交互的各个光子ph生成。
在检测器1的输出端安装，前置放大器2接收以脉冲的形式的电流i(t)，并且以脉冲的形式生成Vimp(t)：
Vimp ( t ) = - 1 Cint · ∫ i ( t ) dt = - Q Cint - - - ( 1 )
其中，Q是由光子ph与半导体材料交互制造的电荷数量。
通过电子电路2传递的电压Vimp(t)等于头部放大设备3的输入电压。
头部放大设备3使所检测到的光子的能量能够被测量，例如在电子电路2的输出获得的脉冲的振幅。例如可以在电子电路2的输出包括带通滤波器去优化信噪比，以及在所述带通滤波器的输出端包括峰值检测器去测量所述信号的最大脉冲。
头部放大设备3随后传递电压脉冲E(t)，其高度与在检测器1的终端制造的脉冲成比例，例如到光子ph的能量传输到检测器材料。
该电压脉冲E(t)随后通过量化电路4被数字化，其通常是模拟-数字转换器4。以这种方式获得的所述数值被提供至已经被编程去识别预定能阈之上的能量值的计算机。
在头部放大设备3的输出端，在变换器4的输入端达到的电压脉冲E(t)的频率是随机的。
并且已知模拟-数字转换器需要等于输入电压处理时间的变换时间。更具体地说，为接收的各个脉冲E(t)，变换器将会占用时间段以处理脉冲的电压。于是所述脉冲的电压是在等于转换器的时钟周期的转换阶段过程中处理的。变换器的转换阶段在时间段中是不活动的，并且抵达的各个脉冲均不被处理。由检测器1收到的特定光子的能量数据因此在电子电路中丢失：因此损害了所述像素的检测分辨率。
为了估计由于变换时间的数据丢失速率，可以认为在时间间隔t过程中在变换器4的输入端被接收的脉冲E(t)的数目服从参数的泊松定律等于λ(其中，λ是每一时间间隔发生的的平均数)。
n个脉冲在t时间过程中被接收的概率是：
P n ( t ) = e - λt ( λt ) n 1 - - - ( 2 )
其中，
Σ n = 0 ∞ P n ( t ) = 1 - - - ( 3 )
在时间间隔t中具有至少一个脉冲的概率是：
Σ n = 1 ∞ P n ( t ) ≈ 1 - P 0 ( t ) - - - ( 4 )
如果选定时间间隔脉冲E(t)在时间间隔内出现的概率因此是：
1-P0(t)＝1-e-0.1≈0.095. (5)
换言之，几乎10％的所述脉冲以大于平均数λ10倍的速度出现。
模拟-数字转换器4的变换时间为，例如在模拟-数字转换器4的输出端的数据丢失速率大约为10％。这意味着失去了为了重建可见影像所需要的10％的信息。
如果考虑到理想情况，其中所述变换器的输出流μ是恒定的，模拟-数字转换器4以等于所述流的平均值的近似100倍的速度运行去获得数量级为1％的损耗率。这将增加模拟-数字转换器4的动态和转换速度。所述模拟-数字转换器容量的增加将引起其消耗量的大振幅增长，以及与每一个像素有关的所述电子的消耗量的大振幅增长。以数千个像素的矩阵比例，这样一个消耗量的增加将尤其的显著。
因此以下问题出现：当前成像系统由于通过与所述像素相关联的模拟-数字转换器处理随机脉冲流的能力的限制具有过高的损耗率。该成像系统因此不适于特定应用，例如医学上的应用，其需要高检测分辨率。
包括增加所述模拟-数字转换器的能力的显而易见的解决方案在像素的矩阵的总性能方面不适当。
因此本发明的目是为了提出一种设备与模拟-数字转换器偶联，使其能够在所述变换器的输出端减少数据丢失速率的同时不增加该变换器的性能。
本发明的第二个目标是为了提出一种由具有高检测分辨率的像素矩阵组成的成像系统。
发明内容
本发明通过一种用于将随机电压脉冲流转换成调节流的设备，其特征在于在所述流调节设备的输出端包括流调节设备和模拟-数字转换器，其中，所述变换器以一定变换频率进行模-数转换，其中所述流调节设备包括容量为K的缓冲存储器，K为整数且K≥1，其中用于各个接收脉冲的电压信号被存储，并且以所述转换频率调节所述缓冲存储器的读取。
所述调节设备包括：
-振幅检测单元，其在输入接收所述脉冲，并且为所接收的各个脉冲产生模拟信号，其振幅与所述脉冲的最大振幅成比例，并且其中所述模拟信号被提供给所述缓冲存储器；
-脉冲检测单元，其在输入端接收所述脉冲，并且在输出端生成在所述脉冲探测时间过程中改变到高电平的第一二进制信号，其中所述第一二进制信号被发送至控制装置，以写入所述缓冲存储器中。
所述缓冲存储器的容量K优选的由K个模拟存储器单元组成，其中所述存储单元当K>1时并行安置。
每个存储单元包括：
·第一开关和第二开关，串联在存储单元的输入段与输出端之间，其中第一开关被连接至振幅检测单元的输出端，以及第二开关被连接至转换器的输入端；
·电容器，放置在两个开关共同的节点与参考电位之间。
缓冲存储器同样包括控制装置，以当所述第一二进制信号改变为高电平时改变第一开关到接通状态，并且当在所述变换频率的第二二进制信号改变为高电平时将第二开关改变至接通状态。
本发明还涉及一种与像素相关联光电探测器和电子电路，其中所述光电探测器能够接收入射光子，并且在输出端发出电流脉冲，其中所述电子电路包括具有第一电容器和第一电阻器的集成电路，并并行放置在运算放大器的输出端和反相输入端之间，其中所述运算放大器的反相输入端接收电流脉冲，其中积分电路在输出端发出电压脉冲，其中电子电路的特征在于还包括如上面的定义的转换设备，其在输入端接收积分电路的输出，并且其在输出端发射处于所述变换频率的调节数字信号。
附图说明
将参照所附附图来阅读本发明的优选的实施方式，则本发明的优势和其它特征将会是显而易见的，附图中：
图1示出了由以现有技术的光电探测器和与像素相关联的微型电子电路组成的组件的方框图；
图2示出了在图1的像素中与光电探测器相关联的前置放大器的组件；
图3示意性地示出了根据本发明用于将随机电压脉冲流(Vimp)转换成调节数字数据流的设备；
图4表示出为不同的特性参数绘示的代表在图3中示出的转换设备的损耗率的特征的曲线；
图5示出了根据本发明优选实施方式的转换设备的方框图；
图6示出了图5的向上接近的观察图；
图7a和图7b示出了根据本发明的优选实施方式从所述转换设备的缓冲存储器获得特征指示符的逻辑方法的配置；
图8示出了根据本发明的优选实施方式用于控制所述转换设备的缓冲存储器的方法的输入和输出的特征信号的时序图；
图9示出了根据本发明的优选实施方式当微型电子电路包括所述转换设备时，由光电探测器和与像素有关的微型电子电路组成的组件的框图。
具体实施方式
图3示出了根据本发明的用于将随机电压脉冲流(Vimp)转换成调节流的设备的方框图。
更具体地说，转换设备100包括调节设备10以及放置在所述调节设备输出端的模拟-数字转换器4。模拟-数字转换器4具有小于或者等于其时钟信号周期Tck的转换时间。转换设备100以信号Vimp(t)的形式接收电压脉冲。
调节设备10包括容量K的缓冲存储器13，其中K是大于或等于1的整数，其中接收的各个脉冲的电压信号被存储。应注意脉冲会随机到达，故在缓冲存储器中的写入同样以随机方式出现。
缓冲存储器13中存储的电压信号以相对于写入方式的异步方式读取。实际上，缓冲存储器的读取在和变换器4的时钟信号一致的频率中调节。
因此，在调节设备10的输出端，随机脉冲流的各个脉冲的出现已经与模拟-数字转换器4的起始转换阶段校准。因此调节设备10作为模拟队列。
为了示出通过本发明获得的优点，会安排以下队列的数学理论的参考。实际上，所述调节设备的缓冲存储器可以被认为是使用肯德尔记号的M/G/1/K类型队列。可以参考以下文章：《M/G/C/K阻塞概率模型以及系统性能》,J.MacGregor Smith,Performance Evaluation52(2003)237-267。
在一种非限制的方式中，为了简化所述计算，人们认为变换器4的变换时间是恒定的，并且因此所述脉冲的输入流是泊松流。
转换设备100接收标记为λ的输入流，其在特定的时域等于到达脉冲的平均数。
转换设备4处理一组数据，并且生成标记为μ的输出流，其为所述转换器的输出流。
转换设备100因此提供等于平均服务时间过程中的输入流的通信量
ρ = λ μ .
通过以下公式给出封锁的概率Pk：
P k = ρ ( 2 - ρ + 2 K ) / ( 2 - ρ ) ( - 1 + ρ ) ρ ( 2 ( 2 - ρ + K ) / ( 2 - ρ ) ) - 1 - - - ( 6 )
其中K是缓冲存储器13的容量。
所述转换设备的封锁Pk的概率等于在变换时间过程中不能处理的数据的概率。因此这是所述损耗率。
图4示出了为不同的值K和不变值λ作为通信量ρ的函数的损耗率Pk。
例如仅为模拟-数字转换器的损耗率，当K＝0时曲线A给出损耗率Pk。
通过比较曲线A(K＝0)和曲线B(K＝1)可以观察出调节通过模拟队列减少流μ的标准偏差来确定实现。
将注意到流μ的标准偏差确定降低缓冲存储器的更高容量K，参照曲线C(K＝2)、D(K＝4)、E(K＝8)、F(K＝16)以及G(K＝32)。更高的值的K将允许获得近似等于具有接近零损耗率的输入流(平均值λ)的输出率μ。
因此，如果曲线A与曲线E比较，例如在曲线A的m1值时，并且损耗为10％。当在曲线E的m2值时，并且损耗为0.7％。
因此，曲线E和曲线A之间，所述损耗除以13，并且μ除以8。由此可得出可以通过增加缓冲存储器的容量K减少技术限制和模拟-数字转换器的损耗率。
足够高的K值将会为了获得在期望的减少损耗率和模拟-数字转换器4的必要的性能以及队列的尺寸之间适当的妥协。取K>＝1，并且优选地K＝2l，且l≥1。
图5示出根据本发明优选实施方式的转换设备的方框图。
更具体地说，根据本发明的用于调节脉冲10的随机流的设备包括脉冲检测器11、最大振幅检测器12以及缓冲存储器13。
脉冲检测器11以及最大振幅检测器12两者均接收信号Vimp(t)。
脉冲检测器11提供可以由数字电路使用的二进制信号Vevt(t)。更具体地说，对于在脉冲检测器11的输入端接收的每个电压脉冲Vimp(t)，信号Vevt(t)在脉冲的周期上改变为高电平。当脉冲检测器11没有检测到任何脉冲时，在脉冲检测器11的输出端的二进制信号Vevt(t)保持在低电平。例如，脉冲检测器11可以通过比较电路制造，或者通过微分电路制造，脉冲检测器11可以由本领域中的技术人员容易地制造。
最大振幅检测器12测量其接收的电压脉冲Vimp(t)的最大振幅。对于接收的每个脉冲Vimp(t)，其传递模拟信号Vin(t)，模拟信号Vin(t)的高度与接收的脉冲的最大振幅成比例。信号Vin(t)因此可以与电压Vimp(t)的取样相比较，其利用信号Vevt(t)同步。例如，最大振幅检测器12可以通过峰值检测器电路制造，其实施方式是本领域中的技术人员已知的。
容量K的缓冲存储器13包含并联布置的K个存储单元Cell。在图5中仅表示单个存储单元。每个存储单元Cell包括串联在存储单元Cell的输入端与输出端之间的第一开关1a和第二开关1b，以及放置在两开关的共用节点和参考Vref(t)的第一电势之间的电容器Ce。
第一开关1a或写入开关连接至最大振幅检测器12的输出端，并且第二开关1b或读取开关旨在连接至模拟数字转换器4的输入端。
存储单元Cell的输出电压记录为Vout(t)。
控制装置14与将异步控制的第二开关1b的打开和闭合相关地启动第一开关1a的打开和闭合。第一开关1a到开或关状态的改变取决于是否从脉冲检测器11导出的二进制信号Vevt(t)处于高或低逻辑级，反之第二开关到开或关状态的改变取决于二进制信号Ck的逻辑状态，二进制信号Ck从转换器的时钟信号导出或者从与转换器的时钟信号同相的信号导出。
很显然，保证了第一开关1a和第二开关1b不同时处于接通状态。
当存储单元的写入开关1a处于接通状态时，即当检测到脉冲，并且脉冲在所检测的脉冲的周期上时，存储单元Cell接收电压Vin(t)。对应于所检测的脉冲的电信号然后被传输到正在充电的电容器Ce：控制装置14写入存储单元Cell。
当存储单元的读取开关1b处于接通状态时，即当时钟信号在高电平，并且在周期Tck上时，电容器Ce放电并且发送信号Vout(t)。后者是信号Vimp(t)的取样，其与信号Vin(t)相关地延迟。然后读取存储单元Cell。
将理解通过根据本发明的设备校准以信号Vimp(t)的形式随机到达的脉冲的流，以提供由校准取样构成的信号Vout(t)。
并联布置K个平台的一个优势(在此每个平台包括基本存储单元)是防止信号的劣化，因为在存储单元之间没有电荷的传递。
图6示出在图5中表示的缓冲存储器13的缓冲存储器的不同存储单元是相同的。
缓冲存储器的不同存储单元是相同的。电容器Ce的值以及写入开关1a、2a、…、Ka和读取开关1b、2b、…、Kb的技术规范因此对每个存储单元是一样的。
控制装置14在输入端接收二进制信号Vevt(t)以及时钟信号Ck。在输出端，控制装置14首先提供写入信号Wr，写入信号Wr允许K个写入开关改变为接通状态，并且其次提供读取信号Rd，读取信号Rd允许K个读取开关改变为接通状态。
控制装置14起FIFO(先进先出)堆栈的作用，用于管理脉冲。
实际上，表示是否存储单元是“空闲”或者“占用”的二进制占位指示符J(k)与每个存储单元k相关联，其中，k＝1、…、K。当包含在它的电容器Ce中的信号没有被读取时，即当没有读取信号Rd(k)被通过控制装置14发送到存储单元k的读取开关kb以改变其到接通状态时，单元k是“占用”的。
当缓冲存储器13的存储单元k是“占用”时，它的二进制占位指示符J(k)等于1，并且当其是“空闲”时等于0。
读取占用的单元使二进制占位指示符被设置为0。
当脉冲通过脉冲检测器11检测时，信号Vevt(t)在脉冲的周期上改变为高电平。缓冲存储器的第一空闲存储单元k的二进制占位指示符J(k)(k＝1、…、K；在此K是正整数)改变为1：单元存储器k因此被占用。同时，控制装置14发送写入信号Wr(k)到单元存储器k的写入开关ka，以改变其为接通状态，以便写入其中。
写入然后在脉冲的周期θ上发生在单元存储器k的电容器Ce中，在此期间写入开关ka处于接通状态。另一个存储单元的写入开关然后在周期θ上打开。
每个相对电信号仅可以写入在单个存储单元中，因为两个写入开关1a、2a、…、Ka不可同时处于接通状态。
周期控制读取开关，并且控制通过K个非重叠相位的生成器执行。
K将有利地是2的倍数，并且优选地，是2的乘方，以便帮助在控制装置14中的二进制逻辑的建立。在其余描述中，认为K是2的乘方。
更具体地说，生成器包含通过周期Tck的时钟信号校准的模数二进制计数器K，模数二进制计数器K传输值为2N的N位的二进制字。
有利地同步计数器，因为根据本发明的设备是为在高频操作而设的。
周期的时钟Tck优选地是转换器的时钟。在其余描述中，认为时钟信号从模拟数字转换器中得出。
在计数器的输出端，N到K解码器转换二进制字2N为K个周期Tck的相位phi(1)、…、phi(K)。每个相位对应于存储单元特定地的读取相位。周期Tck因此等于时间，在时间期间存储单元的读取开关1b、2b、…、Kb在单元的读取期间处于接通状态。
最后，RS类型的转换提供K个相位phi(1)、…、phi(K)的非重叠，以防止两个读取开关1b、2b、…Kb同时传导。
相位phi(1)、…、phi(K)以及单元的二进制占位指示符J(1)、…、J(K)是逻辑“与”门电路的输入端，并且其输出是读取信号Rd(1)、…、Rd(K)。在存储单元为k的情况下，读取信号Rd(k)因此通过(k)＝phi(k).J(k)定义。
因此，如果存储单元k在相应的读取相位hi(k)期间读取，以下关系适用：Rd(k)＝phi(k).J(k)＝1.J(k)。
因此，如果单元k是“占用”的，则Rd(k)＝1。
因此，读取与存储单元k的电容器Ce的放电一起发生在周期Tck上，在此期间控制装置14发送读取信号Rd(k)到读取开关kb，以改变其为接通状态，同时打开另一个写入开关。
在下一个读取相位中，将单元k的phi(k+1)二进制占位指示符J(k)设定为0。单元k因此是空闲的。
相反地，如果单元k是空闲的：Rd(k)＝phi(k).J(k)＝1.J(k)＝0。则没有读取信号发送到读取开关kb。
对于给定的单元，因为写入开关1a、2a、…、Ka以及读取开关1b、2b、…Kb不可同时处于接通状态，可清晰的理解对于给定的单元，读取从写入偏移。写入周期θ与读出时间Tck相比是小的。通过输出电阻R的下行电路的值C的存储电容器的填充率等于1-exp(-t/RC)。通常，写入周期t＝5RC给定超过99％的电荷。例如，C＝0.2pF并且R＝1KΩ，得到t＝1ns。
优先将控制装置14配置为一旦预定单元是空闲的，在该单元中发起写入。
为了这么做，控制装置14有利地包括在第一单元中发起写入的装置。
指示符AJ以及JM1因此可以通过使用逻辑装置创建。
图7a和图7b示出了相应的逻辑装置15、16，使得能够获得指示符AJ以及JM1。
指示符AJ通过逻辑或门电路15提供，在K个存储单元的二进制占位指示符的输入端接收。
当AJ＝0时，没有存储单元包含信号。所有单元是空闲的。相反地，当AJ＝1时，缓冲存储器包括将读取的一个或多个单元。
指示符JM1通过逻辑门16提供，逻辑门16包含逻辑或门电路16a以及逻辑转换器门电路16b。逻辑或门电路16a在输入端接收最后单元J(k)的二进制占位指示符以及AJ的反信号，记录为非AJ。信号非AJ由逻辑转换器门电路16b提供，逻辑转换器门电路16b在输入端接收信号AJ。
当缓冲存储器的所有单元是空闲的时(非AJ＝1)，或者当最后单元K是占用的时，J(k)＝1，指示符JM1＝1。在这种情况下，控制装置14首先写入对应于在第一存储单元中检测的下一个脉冲的电信号。
控制装置14可以包括其它指示符，允许监控缓冲存储器13的操作和工作负载。其它指示符因此可以置于适当位置，以测量缓冲存储器13的占用率。
可以有利地设置重置控制装置14为零的装置。当其是激活的时，该零复位装置然后可以发送零复位信号到控制装置14，以将它们重置。
图8表示容量等于八的缓冲存储器的控制装置14的特征信号的模拟的时序图。值K＝8是在调节设备10的性能和使用的存储单元单元的数目之间的符合要求的折衷办法。当然可以选择小于或者大于8的K的值，并且这里给定的说明例如K＝8保持有效。
特征信号首先是信号Vevt(t)以及读取相位phi(1)、…、phi(8)，并且其次是与指示符有关的信号的控制装置14的输出信号，以及写入信号Wr(1)、…、Wr(8)以及读取信号Rd(1)、…Rd(8)。
在脉冲到达之前，设备通过控制装置14的零复位命令重置为零。因此其处于初始状态，其中所有存储单元是空闲的。
在第一个事件evt1到达之前，指示符AJ处于零：AJ＝0并且因此JM＝1。控制装置14因此写入存储单元1。
在检测到第一脉冲信号Vevt(t)改变为高电平时，通过图8中的峰evt1表示。二进制占位指示符改变为1，J(1)＝1，并且通过控制装置14发送相应的写入信号Wr(1)到开关1a，以在第一脉冲的周期上改变其为接通状态。
只要单元1是占用的，即只要其不被读取，控制装置14将为空闲的存储单元2生成二进制占位指示符，用于下一个检测脉冲。在我们的示例中，在检测到第二脉冲时，信号Vevt(t)改变为高电平，通过峰evt2表示：控制装置14创建二进制占位指示符J(2)＝1，并且发送写入信号Wr(2)到单元2的写入开关2a，以改变其为接通状态。
在这两种检测脉冲的情况下，仅生成两个二进制占位指示符峰evt1和evt2。另一个二进制占位指示符因此是零。因此没有相应的写入信号发送到单元3、4、5、6、7、8。
在我们的实例中，周期Tck是80ns。因此读取利用80ns的周期校准。
在峰evt1处，读取相位是单元5的读取香味，如通过表现出相位phi(5)的状态的曲线示出的。读取信号因此是Rd(5)＝phi(5).J(5)＝0，因为存储单元5是空闲的。因此没有信号发送到单元5的读取开关。按类似方式，信号Rd(6)、Rd(7)、Rd(8)是零。
在时间T1时，在第二脉冲的验收时间之后，读取相位evt2是单元1的，如通过表现出相位phi(1)的状态的曲线示出的。在这种情况下，Rd(1)＝Phi(1).J(1)＝1。因此发送读取信号到第一存储单元的读取开关1b，并且存储单元1是“读取”。
在下一个读取相位中，即，Phi(2)，Rd(2)＝1并且单元1的二进制占位指示符J(1)设定为0。类似地，在读取相位Phi(3)中，存储单元2的二进制占位指示符J(2)设定为0。
当检测到第三脉冲时，信号Vevt(t)改变为高电平，通过峰evt3表示。在这一瞬间所有单元是空闲的。因此指示符AJ是零，如通过代表信号AJ的特征的曲线示出的。指示符JM1因此等于1。控制装置14因此将在存储单元1中“写入”对应于下一个脉冲的电信号。
接着，响应于峰evt3，控制装置14生成二进制占位指示符J(1)＝1，并且发送写入信号Wr(1)到单元1，以改变开关1a为接通状态。分别将对应于峰evt4、evt5、evt6的脉冲写入存储单元2、3、4中。
因此，在检测到第四脉冲时产生峰evt4，即二进制占位指示符峰J(2)＝1，并且在检测到第五脉冲时将其相应的写入信号Wr(2)发送到单元2，创建峰evt5，即二进制占位指示符J(3)＝1，并且将其相应的写入信号Wr(5)发送到单元3，并且在检测到第六脉冲时，产生峰evt6，即二进制占位指示符J(4)＝1，并且将其相应的写入信号Wr(4)发送到单元4。
对于这些脉冲，仅生成4个二进制占位指示符。因此另外的二进制占位指示符J(5)、…、J(8)是零。没有相应的写入信号被发送到单元5、6、7、8。
在接收到第三脉冲的瞬间，读取相位的峰evt3，即是存储单元3的读取相位，如通过表现出相位Phi(3)的逻辑状态的曲线示出的。读取信号因此是Rd(3)＝0，因为在这一刻存储单元3是空闲的。按类似方式，信号Rd(4)、Rd(5)、Rd(6)、Rd(7)、Rd(8)是零。
在读取周期返回到单元1，即在时间T2时，Rd(1)＝Phi(1)。J(1)＝1。因此将读取信号发送到第一单元的读取开关。在下一个读取相位，即Phi(2)中，Rd(2)＝1并且单元1的二进制占位指示符设置为0。类似地，在读取相位Phi(3)中，Rd(3)＝1并且单元2的二进制占位指示符设置为0，并且在读取相位Phi(4)中，Rd(4)＝1并且单元3的二进制占位指示符设置为0。
在读取相位Phi(5)中，将单元4的二进制占位指示符重置为零。
当读取相位Phi(4)结束时，AJ＝0。因此，在接收到下一个脉冲时，控制装置14将首先写入在单元1中。
如果单元8是占用的即J(8)＝1，使用指示符JM1。在这种情况下，指示符JM1等于1并且控制装置14首先在单元1中写入对应于下一个脉冲的电信号。
如在图5中示出的，转换设备100可以通过市场上买得到的装置使用离散电子学制造。
根据本发明的调节设备可以是集成的，并且适用于使用CMOS技术的微电子集成。这种实施方式具有以下优势：便宜，并且允许获得卓越的特征，特别就功耗而言。
开关优选地是MOSFET晶体管，并且在这种情况下电容器Ce的值的增加允许减少再充电噪声(称为kT/C噪声)。
使用普通0.13μm CMOS技术的移植将是优先的选择。设备可以以特定电路或者ASIC(专用集成电路)的形式制造。
调节设备满足以下约束：
●对技术变化有低灵敏度，以限制从一个电路到另一个的分散。
●对环境变化有低灵敏度；
●低噪声；
●高动态；
●低功耗。
使用0.13μm CMOS技术的调节设备10的估计的阻碍是800μm2。当该阻碍与8位12.5MHz模拟数字转换器相比时，使用相同的技术制造，在200x400μm2＝80000μm2上述的转换设备100可以集成在与像素相联系的电子电路中。估计，观察到提出的调节设备10占据转换器的区域的1％，并且如果K＝8，允许“(速度x损失)产品”限制条件除以100。
上述的转换设备100可以集成在与像素相联系的电子电路中。
更具体地说，图9示出当电子电路包括根据本发明优选实施方式制造的转换设备100时，与像素相联系的光电检测器和电子电路的方框图。
检测器1如上所述与图2相关。检测器1有利地包括由半导体材料M制成的光电元件，诸如CdZnTe或者CdTe:Cl、又或者CdTe:In，以及连接其到高电压电源HT的电阻器R。检测器的输出端连接至前置放大器2，响应于通过检测器传递的电流脉冲i(t)提供电压Vimp(t)。
根据本发明的转换设备100放置在前置放大器的输出端。其在输入端接收电压Vimp(t)。将从转换器4取得的时钟信号Ck发送到设备100的控制装置14，用于调节电压脉冲的随机继位，以控制读取开关或者使用读取信号的设备的开关。
在与像素相联系的微型电子电路中安放转换设备100允许增加成像系统的检测分辨率，成像系统包括像素的矩阵，只要使用稍慢的模拟数字转换器。
当流是随机的时，这种成像系统将获得应用，其具体地可用于医疗领域。

Claims (6)

1.一种用于将随机电压脉冲(Vimp)流转换为调节后的数字数据流的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)包括：流调节设备(10)和位于所述流调节设备(10)的输出端的模拟-数字转换器(4)，其中，所述转换器以转换频率进行模拟-数字转换，所述流调节设备(10)包括由K个模拟存储单元组成的缓冲存储器(13)，其中，K为整数且K≥1，在写入阶段，将每个所接收的脉冲的电压信号存储在所述缓冲存储器中，并且其中，以所述转换频率调节所述缓冲存储器的读取并且以相对所述写入异步的方式来进行所述缓冲存储器的所述读取。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述调节设备(10)包括：
振幅检测单元(12)，在输入端接收所述脉冲(Vimp)，并且产生用于所接收的每个脉冲的模拟信号(Vin)，所述模拟信号的振幅与所述脉冲的最大振幅成比例，并且其中，所述模拟信号(Vin)被提供给所述缓冲存储器(13)；
脉冲检测单元(11)，在输出端接收所述脉冲(Vimp)，并且在输出端产生第一二进制信号(Vevt)，所述第一二进制信号在脉冲检测期间改变为高电平，其中，所述第一二进制信号(Vevt)被发送至控制装置(14)，以写入所述缓冲存储器(13)中。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其特征在于，所述存储单元在K≥1时是并联设置的。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其特征在于，每个存储单元包括：
·第一开关(1a)和第二开关(1b)，被串联连接在所述存储单元(单元)的输入端与输出端之间，其中，所述第一开关被连接至所述振幅检测单元(12)的输出端，并且所述第二开关被连接至所述转换器(4)的输入端；
·电容器(Ce)，放置在两个开关共同的节点与参考电位(Vref)之间。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其特征在于，所述缓冲存储器(13)还包括控制装置(14)，以在所述第一二进制信号(Vevt)改变为高电平时将所述第一开关(1a，2a，…，Ka)改变为接通状态，并且在以第二转换频率的第二二进制信号(Ck)改为高电平时将所述第二开关(1b，2b，…，Kb)改变为接通状态。
6.一种与像素相关联的光电检测器和电子电路，其中，所述光电检测器能够接收入射光子(ph)，并且在输出端发出电流脉冲(i)，其中，所述电子电路包括：积分电路(2)，所述积分电路(2)包括在运算放大器(A1)的输出端和反相输入端之间并联放置的第一电容器(Cint)和第一电阻器(Rp)，其中，所述运算放大器(A1)的所述反相输入端接收所述电流脉冲(i)，其中，所述积分电路在输出端发出电压脉冲(Vimp)，其中所述电子电路的特征在于，所述电子电路包括根据前述权利要求中任一项所述的转换设备(100)，所述转换设备(100)在输入端接收所述积分电路(2)的输出(Vimp)，并且所述转换设备(100)以所述转换频率在输出端发出调节数字信号。
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