CN104394340B - 智能apd阵列读出装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能APD阵列读出系统装置，包括输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C、APD阵列及智能控制模块D和读出系统E；输入模块A用于对市电输入进行整流滤波；功率变换模块B用于将市电整流滤波后的电压转化为稳定的多路直流电压(正负电压)；直流变换模块C用于将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的更精确的直流电压；直流变换模块C为智能控制模块D和读出系统E供电。本发明还公开了一种APD阵列成像智能校正方法，包括标准图像采集、图像比对与自动校正三个步骤。本发明精度高、尺寸小，而且智能化。
Description
技术领域
本发明涉及一种APD阵列读出系统及方法，尤其涉及一种高精度、小尺寸、智能化的APD阵列读出装置及方法。
背景技术
APD阵列读出系统现行技术有多种。标准的流程方案是供电系统→感光→光电转换→积分放大CTIA→采样保持S/H→输出缓冲→多路传输→监视系统成像，这种方案适合运用于单光子成像系统。其中，如图1所示的方案，优点是单个电路简单，成本较低，输出可调；缺点是：a，首先需要一个从高压转低压变换器；b，倍压电路带载能力弱，响应速度慢，带宽低；c，单向电压供电；d，每个APD器件需要一个该电路，若做成APD阵列将使系统十分复杂、十分庞大。还有一种局部方案如图2所示，优点是正向偏压易获得，缺点是：a，运放输出为负压，需要另外加偏置；b，无补偿校正，每个APD需要一套该电路，包括偏压，系统也十分庞大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高精度、小尺寸、智能化的APD阵列读出装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：一种智能APD阵列读出装置，包括输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C、APD阵列及智能控制模块D和读出系统E；
输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C依次电连接，直流变换模块C为智能控制模块D和读出系统E供电；所述输入模块A用于对市电输入进行整流滤波；所述功率变换模块B用于将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述直流变换模块C用于将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；
所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器及其滤波器；所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；
所述运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；
所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；
所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；
所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；
所述运放供电电压模块与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；
APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；
所述读出系统E用于光信号读出，将光信号转换为数字电信号并将所述数字电信号传送给智能控制模块D作分析；所述智能控制模块D用于对光信号进行分析并对APD阵列进行选址、控制和智能校正，同时也监控并调制APD的负向偏压；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
作为本发明进一步改进的技术方案，智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。
作为本发明进一步改进的技术方案，功率变换模块B多路输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
为了实现上述技术目的，本发明提供的另一种技术方案为：一种智能APD阵列读出方法，包括以下步骤：
市电输入：通过输入模块A对市电输入进行整流滤波；所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；
功率变换：通过功率变换模块B将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器和滤波器
直流变换：通过直流变换模块C，将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；
所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；
读出与校正：所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；运放正向供电电压模块和运放负向供电模块分别与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个器件的CTIA的输出得到校正；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
作为本发明进一步改进的技术方案，读出与校正步骤中，智能IC根据将读出电路的输出与参照图片或背景的拍照进行比对的结果，通过算法对每个与APD器件相对应的读出电路的输出信号进行逐一校正。
作为本发明进一步改进的技术方案，智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。
作为本发明进一步改进的技术方案，功率变换步骤中，功率变换模块B输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
本发明的A区块为市电输入整流滤波；B区块为将市电整流滤波后的电压转化为多路特定稳定的直流电压，可以是隔离，也可以是非隔离方案，该直流电压可以有正有负，其值与C区块中所需电压为前提；C区块为将B区块的输出进一步转换为后续所需的精确电压，同样，该电压可以有正有负，该区块因输入输出电压接近，且为直流转直流，因而转换频率可以较高、尺寸很小；E区块为APD读出电路，采用负压偏压模式；D区块为智能控制，在通过选址接收E区块的APD阵列读出信号，经过处理后送至成像系统成像。该智能控制亦监控APD的偏压状况以及与环境的变化处理，实时校正偏压至最佳状态，同时该智能控制亦对APD阵列各个APD器件的差异进行校正补偿，实施策略是：因每个APD阵列器件形成后的参数的确定的，只需在器件成形后做一回校正即可，通过对参照图片或背景的拍照比对，然后通过算法对每个APD的读出输出信号进行逐一校正，使照片达到最佳效果。运放供电电压可采用正向单电压，也可采用正负双向电压，当采用正负双向电压时可有效提高系统的精度。
本发明的有益效果：APD器件采用负压偏压模式，所有APD器件共用一个偏压供电系统，极大地简化了读出系统；供电系统集成直接由市电转低压功能，并且集成市电转直流电以及后端所有供电系统无须额外的驱动电源，进一步简化系统运用；高带宽、高系统响应，带载能力强，提高实时动态检测精度；采用不同的电压供电(包含可行的正电压和/或负电压)，提高检测精度；独特的智能化校正系统，补偿各APD器件本身的特性差异，提高了成像效果；采用了正负双电压供电改良监测精度；采用了高频直流转直流转换器，提高了系统响应以及系统精度；采用了独特的智能化校正系统，对每个APD器件进行智能校正；采用了独特的偏压跟随技术，使偏压工作于最佳电压。总之，本发明精度高、尺寸小，而且智能化。
附图说明
图1为现有技术中APD阵列供电电路图；
图2为现有技术中APD阵列CTIA电路图。
图3为本发明的电路方框示意图。
图4为图3中的读出电路示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
参见图3和图4，本智能APD阵列读出装置，包括输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C、APD阵列及智能控制模块D和读出系统E；输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C依次电连接，直流变换模块C为智能控制模块D和读出系统E供电；所述输入模块A用于对市电输入进行整流滤波；所述功率变换模块B用于将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述直流变换模块C用于将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器及其滤波器；所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；所述运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；所述运放供电电压模块与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；所述读出系统E用于光信号读出，将光信号转换为数字电信号并将所述数字电信号传送给智能控制模块D作分析；所述智能控制模块D用于对光信号进行分析并对APD阵列进行选址、控制和智能校正，同时也监控并调制APD的负向偏压；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
作为优选方案，智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。另外，功率变换模块B多路输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
实施例2
本参见图3和图4，本智能APD阵列读出方法，包括以下步骤：
市电输入：通过输入模块A对市电输入进行整流滤波；所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；
功率变换：通过功率变换模块B将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器和滤波器
直流变换：通过直流变换模块C，将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；
所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；
读出与校正：所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；运放正向供电电压模块和运放负向供电模块分别与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个器件的CTIA的输出得到校正；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
作为优选方案，读出与校正步骤中，智能IC根据将读出电路的输出与参照图片或背景的拍照进行比对的结果，通过算法对每个与APD器件相对应的读出电路的输出信号进行逐一校正。进一步的，智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。另外，功率变换步骤中，功率变换模块B输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
Claims (7)
1.一种智能APD阵列读出装置，其特征在于：
包括输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C、APD阵列及智能控制模块D和读出系统E；
输入模块A、功率变换模块B、直流变换模块C依次电连接，直流变换模块C为智能控制模块D和读出系统E供电；所述输入模块A用于对市电输入进行整流滤波；所述功率变换模块B用于将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述直流变换模块C用于将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；
所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器及其滤波器；所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；
所述运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；
所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；
所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；
所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；
所述运放供电电压模块与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；
APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；
所述读出系统E用于光信号读出，将光信号转换为数字电信号并将所述数字电信号传送给智能控制模块D作分析；所述智能控制模块D用于对光信号进行分析并对APD阵列进行选址、控制和智能校正，同时也监控并调制APD的负向偏压；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
2.根据权利要求1所述的智能APD阵列读出装置，其特征在于：智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。
3.根据权利要求1或2所述的智能APD阵列读出装置，其特征在于：功率变换模块B多路输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
4.一种智能APD阵列读出方法，其特征在于包括以下步骤：
市电输入：通过输入模块A对市电输入进行整流滤波；所述输入模块A包括依次电连接的AC输入接口、滤波及保护模块和桥堆；
功率变换：通过功率变换模块B将市电整流滤波后的电压转化为多路稳定的直流电压；所述直流电压包括正向电压和/或负向电压；所述功率变换模块B包括依次电连接的功率变换器和滤波器
直流变换：通过直流变换模块C，将功率变换模块B输出的直流电压进一步转换为读出系统所需的精确的直流电压；所述精确的直流电压也包括正向电压和负向电压；所述精确的直流电压用于为读出系统E供电和智能控制模块D供电；
所述直流变换模块C包括高频直流转直流变换器、运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块；运放供电电压模块、APD负向偏压模块和智能控制正向低压供电模块分别与高频直流转直流变换器电连接；
读出与校正：所述智能控制模块D包括成像系统和智能IC；所述读出系统E包括APD阵列和读出电路；所述APD阵列中的APD器件的数量和读出电路数量相等，每个APD器件与一个读出电路电连接；每个APD器件和读出电路分别与智能IC电连接，智能IC还分别与成像系统、高频直流转直流变换器和智能控制正向低压供电模块电连接；运放正向供电电压模块和运放负向供电模块分别与读出电路电连接并且分别为读出电路提供正向电压电源和/或负向电压电源；APD负向偏压模块与APD器件电连接并且为APD器件提供负向压偏置电压；智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个器件的CTIA的输出得到校正；所述智能IC还对APD阵列中的各个APD器件的差异进行校正补偿。
5.根据权利要求4所述的智能APD阵列读出方法，其特征在于：读出与校正步骤中，智能IC根据将读出电路的输出与参照图片或背景的拍照进行比对的结果，通过算法对每个与APD器件相对应的读出电路的输出信号进行逐一校正。
6.根据权利要求5所述的智能APD阵列读出方法，其特征在于：智能IC通过选址接收读出系统E的读出电路的读出信号，并对读出信号进行处理，再将读出信号送至成像系统成像；智能控制模块D根据监测APD器件的偏压以及对标准图像的比对发出偏压校正控制信号给高频直流转直流变换器，使APD负向偏压模块和各个APD器件的CTIA的输出得到一次性校正。
7.根据权利要求4或5或6所述的智能APD阵列读出方法，其特征在于：功率变换步骤中，功率变换模块B输出的稳定的直流电压为隔离电压或者非隔离电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |