CN105282951B - 一种带电容校准的电流积分器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可配置的带自动电容校准的电流积分器电路。包括电容阵列、比较器、积分开关和积分放大器。电容阵列、比较器和逐次逼近逻辑构成的电容校准模块，通过校准过程调整电容阵列，从而得到准确的电容值。积分放大器通过连接校准后的电容阵列实现电流积分，可以得到准确的积分电压。因此这种电流积分器，可以通过校准模块，实现精确的电流积分结果。

Description

一种带电容校准的电流积分器电路

技术领域

本发明总体上涉及X射线图像探测领域，尤其涉及一种带自动电容校准的电流积分器电路。

背景技术

在X射线图像探测领域，典型的X射线图像探测器通常包括光电转换器阵列、转换电路以及带有通信端口的数字传输电路。均匀入射的X射线照射被测物体，X射线图像探测器用来接收透射出的X射线，其中的光电转换阵列将X射线信号直接转换为电流信号，由于X射线图像探测器接收的X射线在不同的空间位置具有不同的强度分布，因而光电转换器阵列在不同的空间位置也将得到不同大小的电流信号，而这些电流信号强度的空间分布即反映了被测物体在不同部位的密度信息。光电转换器阵列中的电流信号经转换电路转换为数字信号，再经数字传输电路和通信端口传输给X射线检测系统的主机，即得到反映被测物体不同部位密度信息的数字图像。

X射线图像探测器中转换电路用来将模拟电流信号通过电流积分器转换为电压信号，然后通过模数转换器将电压信号转化为数字图像信号，这是X射线图像探测器获取数字图像的一个关键步骤。在采用电流积分器将电流信号转换为电压信号时，电压的精度非常重要，这个指标直接决定了所得数字图像的灰度分辨率。常规的电流积分器主要靠电容实现电流到电压的转换，但是由于受半导体制造工艺波动和温度、工作电压的变化的影响，导致电容值的误差很大，因此转换后的电压很不准确，从而大大降低的成像的效果。

发明内容

本发明的目的是解决常规电流积分器用于探测成像领域，由于积分电容的不准确，导致积分器电压存在偏差，从而降低成像效果的问题。提供一种可以获得精确电压的电流积分器电路。

本发明的技术方案如下：

一种带电容校准的电流积分器电路。包括电容阵列、比较器、逐次逼近逻辑、积分开关、复位开关、功能选择开关和积分放大器。

所述电容阵列的输出连接到比较器的正输入端、参考电压连接比较器的负输入端、比较器的输出连接逐次逼近逻辑的输入，逐次逼进逻辑的输出连接电容阵列的输入，参考参考连接电容阵列的输入，从而构成的电容校准模块。

所述的电容阵列的电容一端通过功能选择开关连接到积分放大器的负输入端，同时输 入电路信号也通过积分开关连接到积分放大器的负输入端，电容阵列的另一端连接到积分放大器的输出，积分放大器的正输入端连接到参考电压，积分放大器的负输入端和正输入端通过复位开关相连，电容阵列的电容两端通过复位开关相连。

本发明的优点及效果在于：

本发明提出的带电容校准的电流积分器电路，可以在电路工作时随时启动校准，通过校准模块获得了精确的电容值，既可以消除工艺波动造成电容误差，也可以消除由于温度变化和工作电压变化引入的误差。采用校准之后的电容进行电流积分，很容易保证在各种工艺角、温度变化、电源电压变化情况下，获得精确的积分电压值。

附图简述

通过附图中的图形，以示例方式，而非限制方式来图解本发明的实施例，在这些附图中相同的参考数字指代相似的元件。

图1是本发明的带电容校准的电流积分器电路的图示。

图2是本发明的由电容阵列、比较器和逐次逼近逻辑构成的电容校准模块的图示。

图3是本发明的用于图2中校准电路的流程图。

具体实施方法

图1示出了一种带电容校准的电流积分器电路。包括电容阵列101，积分器的积分和复位开关102，积分器放大器103，电容阵列复位开关104，比较器105，逐次逼近逻辑107，功能选择开关107。

其中电容阵列101的C2端连接到比较器105的正输入端、参考电压连接比较器105的负输入端、比较器105的输出连接逐次逼近逻辑106的输入，逐次逼进逻辑106的输出连接电容阵列101的L端，参考电流连接电容阵列101的I端。上述模块共同构成了电容校准模块。

电容阵列101的C2通过功能选择开关107连接到积分放大器103的负输入端，同时输入电路信号也通过积分复位开关102连接到积分放大器的负输入端，电容阵列101的C1端连接到积分放大器103的输出，积分放大器103的正输入端连接到参考电压VREF，积分放大器 103的负输入端和正输入端通过积分复位开关102相连，电容阵列101的C1端和C2端通过复位开关104相连。

当启动校准时，功能选择开关107将电容阵列101的C2端与积分放大器103负输入端断开，电容阵列101复位开关104断开，逐次逼近逻辑通过一定得校准时序后得到准确的电容；校准完成后，电容阵列101复位开关104闭合对校准电容复位，积分复位开关102闭合，积分放大器103的负输入端和正输入端短接，实现积分器放大器的复位；复位结束后，功能选择开关107闭合，将电容阵列101与积分放大器103负输入端连接，复位开关104断开，积分复位开关102闭合将积分放大器103的负输入端和正输入端断开，将输入电流接入积分放大器103的负输入端，实现积分输出。

图2示出了本发明中电容校准模块的实施例。包括电容阵列201，比较器202和逐次逼近逻辑203。其中电容阵列201采用分段式电容阵列，分段方式为L+M(其中N＝L+M，L是低权重分段，M是高权重分段)，L位与M位均通过二进制权重电容来实现，形成了N位基本结构的电容阵列。当启动电容校准时，电容阵列输入参考电流，逐次逼近逻辑将C2端断开，采用二分法的工作原理，首先最高位为1，其余位为0，电容阵列产生的输出电压送入比较器202的正输入端，参考电压VREF1送入比较器202的负输入端，比较器202对两个输入电压进行比较，输出为1则最高1保留，输出为0则最高位1变为0，接下来将此高位设为1，低位都为0，重复上述操作，直到所有位都比较完成，最后得到N为数字控制码。由于参考电压VREF1和参考电流均为精确值，而电容阵列具有N位的分辨率，因此最终可以通过足够高的N位控制码获得足够准确的电容值。

图3示出了本发明的用于图1中电流积分器自动校准电容的流程图。通过Start信号启动校准，N为校准码的初始值默认为0，逐次逼近逻辑利用二分法，从高位开始将第M为设置为1，如果比较电路比较电容阵列输出电压VT和参考电压VREF1，如果VT大于VREF1，则第M位的1保留，如果VT大于VREF1，则第M位的1保留设为0，然后返回上一步，设计值下一位为1，依次执行，直到所有位都执行完，然后进行下一步，电容阵列和积分放大器复位，复位完成后启动积分，完成整个电路工作过程。

本发明并非限于上述实施例，而是在所附权利要求的精神和范围内能够以修改或改变的方式来实践。本领域的技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (3)

1.一种可配置的带自动电容校准的电流积分器电路，电流积分器分为两个阶段，分别为积分阶段和校准阶段，积分阶段由电容阵列、积分开关、复位开关、功能选择开关和积分放大器构成，校准阶段基于积分电容阵列、比较器、逐次逼近逻辑构成，积分电容阵列基于积分电容值的基础上增加了多个电容并联而成，获得的电容的最大和最小值满足加工工艺的最大偏差，积分电容阵列在校准阶段和积分阶段进行复用。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容阵列的输出连接到比较器的正输入端、参考电压连接比较器的负输入端、比较器的输出连接逐次逼近逻辑的输入，逐次逼进逻辑的输出连接电容阵列的输入，参考参考连接电容阵列的输入，从而构成的电容校准模块。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的积分电容阵列可以直接采用电流信号作为输入，优化了电路结构。