CN108962124A - 一种驱动电路及驱动方法、x射线探测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置，驱动电路包括第一晶体管、补偿模块以及处理模块，在第一阶段由补偿模块生成补偿信号，即得到馈通电压ΔVp，并在第二阶段将补偿得到的第四电压信号输出给处理模块，处理模块根据第四电压信号对X射线探测装置的感测元件产生并经过第一晶体管输出的信号进行处理。由此，实现驱动电路无论在暗态或者亮态时，处理模块都是基于补偿后的信号对感测元件的感测电压进行处理，消除了第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异的影响，经驱动电路的输出端输出的信号再经过放大运算及模数转换，可以在暗态时得到均一化后的数字信号，即显示均一化的灰度，进而提高亮态时X光测试结果的准确性。

Description

一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置

技术领域

本发明涉及X射线探测技术领域，特别是涉及一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置。

背景技术

平板X光探测器的侦测原理为光敏性物质/光敏传感器，经过X光照射后产生电荷累积,panel上的TFT受控循序打开,将光敏二极管上的电荷量读出，再由放大器以及类比数位转换ADC转成数字讯号,送往FPGA/DSP进行数字讯号图像处理。

这种平板X光探测器的重要参数之一，暗态时的灰度，即未发生光照时经检测与运算处理后的灰阶亮度，在实际应用上会出现不均一的情况，这样就会使X光测试结果准确性较差。

发明内容

本发明提供及一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置，以提高X光测试结果的准确性。

为了解决上述问题，本发明公开了一种驱动电路，用于X射线探测器，包括第一晶体管、补偿模块以及处理模块；

所述第一晶体管，包括控制极、第一极和第二极，所述控制极与第一电压输入端连接，所述第一极与所述X射线探测器的感测元件连接，所述第二极与所述处理模块连接，被配置为根据所述第一电压输入端输入的第一电压信号以及所述控制极与所述第一极之间的电容，将所述第一极的电压信号提供给所述处理模块；

所述补偿模块，与所述驱动电路的输出端、第二电压输入端以及所述处理模块连接，被配置为在第一阶段，向所述处理模块提供所述第二电压输入端输入的第二电压信号，根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；并在第二阶段根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向所述处理模块提供所述第四电压信号；

所述处理模块，还与所述驱动电路的输出端连接，被配置为在第二阶段根据所述补偿模块提供的所述第四电压信号，对所述第一晶体管提供的电压信号进行处理，处理后的信号由所述驱动电路的输出端进行输出。

可选地，所述处理模块包括：

第一放大器，所述第一放大器的第一输入端与所述补偿模块连接，第二输入端与所述第一晶体管的第二极连接，输出端与所述驱动电路的输出端连接；

第一电容，连接在所述第一放大器的第二输入端与输出端之间。

可选地，所述补偿模块包括第一开关元件、计算单元、存储单元以及补偿单元；

所述第一开关元件，连接在所述驱动电路的输出端与所述计算单元之间；

所述计算单元，被配置为在第一阶段根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；

所述存储单元，被配置为存储所述补偿信号；

所述补偿单元，被配置为在第二阶段根据所述补偿信号，对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向所述处理模块提供所述第四电压信号。

可选地，所述X射线探测器的感测元件为光敏二极管，所述光敏二极管的负极与所述第一晶体管连接，所述驱动电路还包括：

第二电容，连接在所述光敏二极管的正极和负极之间；

控制模块，与所述光敏二极管的正极、所述第二电压输入端以及第五电压输入端连接，被配置为在第一阶段将所述第二电压信号提供给所述光敏二极管的正极，在所述第二阶段将所述第五电压输入端输入的第五电压信号提供给所述光敏二极管的正极。

可选地，所述控制模块包括：

第二开关元件，连接在所述第二电压输入端和所述光敏二极管的正极之间；

第三开关元件，连接在所述第五电压输入端和所述光敏二极管的正极之间。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种X射线探测装置，包括上述任一项所述的驱动电路。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种驱动方法，应用于上述任一项所述的驱动电路，所述驱动方法包括：

在第一阶段，向所述第一电压输入端输入第一电压信号，向所述第二电压输入端输入第二电压信号，并根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；

在第二阶段，根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，以及根据所述第四电压信号，对所述第一晶体管提供的电压信号进行处理，处理后的信号由所述驱动电路的输出端进行输出。

可选地，所述根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号的步骤，包括：

计算所述补偿信号与所述第二电压信号之和，得到所述第四电压信号。

可选地，所述补偿信号与所述第二电压信号之差，和所述第三电压信号成正比例关系。

可选地，在第一阶段，所述第一电压信号至少包括两个使所述第一晶体管开启的脉冲信号。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请提供了一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置，解决由于第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异而导致的馈通电压ΔVp不同，导致暗态时显示灰度不均一以及X光测试结果准确性差的问题，其中，驱动电路包括第一晶体管、补偿模块以及处理模块，在第一阶段由补偿模块生成补偿信号，即得到馈通电压ΔVp，并在第二阶段将补偿得到的第四电压信号输出给处理模块，处理模块根据第四电压信号对X射线探测装置的感测元件产生并经过第一晶体管输出的信号进行处理。由此，实现驱动电路无论在暗态或者亮态时，处理模块都是基于补偿后的信号对感测元件的感测电压进行处理，消除了第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异的影响，经驱动电路的输出端输出的信号再经过放大运算及模数转换，可以在暗态时得到均一化后的数字信号，即显示均一化的灰度，进而提高亮态时X光测试结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术一种X射线探测器驱动电路的结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的一种驱动电路的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种驱动方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“耦接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

X射线数字照相系统中一般使用了平板探测器(flat panel detector)，其像元尺寸可小于0.1mm，对成像质量起着重要作用。通常，平板X射线探测器的感测元件(例如，光敏传感器，光敏性二极管)经过X射线照射后产生电荷累积，平板X射线探测器上的控制器件(例如TFT晶体管)受控依次打开，将感测元件上的电荷量读出。然后，被读出的数据信号经过放大器、模数转换器ADC等处理而转成数字信号,进而传递至FPGA/DSP进行数字信号图像处理。

参照图1，示出了现有技术一种X射线探测器驱动电路的结构示意图。对于这种平板X光探测器的重要参数之一，暗态时的灰度即未发生光照时经检测与运算处理后的灰阶亮度，在实际应用上会出现不均一的情况，暗态时灰度不均一会影响亮态时X光的测试结果。影响暗态灰度不均一的因素有很多，主要原因是由于面板TFT晶体管的栅极与源极间的寄生电容Cgs的差异而导致的馈通电压ΔVP不同，在输入电压V0相同的前提下，使得实际加载在光敏性二极管PIN N极的电压Vn不一致，导致检测出的灰度不均一，主要的不良为各种mura类不良。

为了解决上述问题，在本申请一实施例中提供了一种驱动电路，用于X射线探测器，参照图2，该驱动电路可以包括第一晶体管T1、补偿模块21以及处理模块22。

第一晶体管T1，包括控制极、第一极和第二极，第一晶体管T1的控制极与第一电压输入端V1连接，第一极与X射线探测器的感测元件连接，第二极与处理模块22连接，被配置为根据第一电压输入端V1输入的第一电压信号以及控制极与第一极之间的电容Cgs，将第一极的电压信号提供给处理模块22。

补偿模块21，与驱动电路的输出端Vout、第二电压输入端V2以及处理模块22连接，被配置为在第一阶段，向处理模块22提供第二电压输入端V2输入的第二电压信号，根据驱动电路的输出端Vout输出的第三电压信号以及第二电压信号生成补偿信号；并在第二阶段根据补偿信号对第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向处理模块22提供第四电压信号。

处理模块22，还与驱动电路的输出端Vout连接，被配置为在第二阶段根据补偿模块21提供的第四电压信号，对第一晶体管T1提供的电压信号进行处理，处理后的信号由驱动电路的输出端Vout进行输出。

本实施例提供的驱动电路，第一阶段由补偿模块生成补偿信号，即得到馈通电压ΔVp，并在第二阶段将补偿得到的第四电压信号输出给处理模块，处理模块根据第四电压信号对X射线探测装置的感测元件产生并经过第一晶体管输出的信号进行处理。由此，实现驱动电路无论在暗态或者亮态时，处理模块都是基于补偿后的信号对感测元件的感测电压进行处理，消除了第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异的影响，经驱动电路的输出端输出的信号再经过放大运算及模数转换，可以在暗态时得到均一化后的数字信号，即显示均一化的灰度，进而提高亮态时X光测试结果的准确性。

具体的，处理模块22可以包括第一放大器221，第一放大器221的第一输入端与补偿模块21连接，第二输入端与第一晶体管T1的第二极连接，输出端与驱动电路的输出端Vout连接。处理模块22还可以包括第一电容Cf，连接在第一放大器221的第二输入端与输出端之间。

其中，第一放大器221的第一输入端例如可以是正向输入端，第二输入端例如可以是反向输入端。

补偿模块21可以包括第一开关元件K1、计算单元211、存储单元212以及补偿单元213。其中，第一开关元件K1，连接在驱动电路的输出端Vout与计算单元211之间；计算单元211，被配置为在第一阶段根据驱动电路的输出端Vout输出的第三电压信号以及第二电压信号生成补偿信号；存储单元212，被配置为存储补偿信号；补偿单元213，被配置为在第二阶段根据补偿信号，对第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向处理模块22提供第四电压信号。

其中，第一开关元件K1可以是MOS管、单刀开关等可以控制导通状态的开关器件。计算单元211可以根据实际需要包括加法器、减法器等元件。存储单元212可以包括随机存取存储器RAM或其它存储器等。补偿单元213也可以根据实际需要包括加法器、减法器等元件。

X射线探测器的感测元件为光敏二极管PIN，光敏二极管PIN的负极与第一晶体管T1连接，驱动电路还可以包括第二电容Cst，连接在光敏二极管PIN的正极和负极之间；驱动电路还可以包括控制模块23，与光敏二极管PIN的正极、第二电压输入端V2以及第五电压输入端V5连接，被配置为在第一阶段将第二电压信号提供给光敏二极管PIN的正极，在第二阶段将第五电压输入端V5输入的第五电压信号提供给光敏二极管PIN的正极。

控制模块23可以包括：第二开关元件K2，连接在第二电压输入端V2和光敏二极管PIN的正极之间；第三开关元件K3，连接在第五电压输入端V5和光敏二极管PIN的正极之间。

其中，第二开关元件K2和第三开关元件K3均可以是MOS管、单刀开关等可以控制导通状态的开关器件。

下面对上述实施例提供的驱动电路的工作过程进行详细说明。

在第一阶段，使感测元件如光敏二极管PIN处于暗态。向第一电压输入端V1输入第一电压信号，向第二电压输入端V2输入第二电压信号VREF，补偿模块21向第一放大器221的第一输入端提供第二电压信号VREF，由于第一放大器221的第一输入端和第二输入端处于虚短状态，因此，第一放大器221的第二输入端的电压也是第二电压信号VREF。

其中，在第一阶段，第一电压信号至少包括两个使第一晶体管T1开启的脉冲信号。

第一次控制极Gate打开时，第一放大器221的第二输入端的电压信号即第二电压信号VREF经过第一晶体管T1给第二电容Cst充电，Gate关闭瞬间，由于第一晶体管T1的控制极与第一极间电容Cgs的影响，第二电容Cst与光敏二极管PIN的负极连接的一端即A点的电压降至VA＝VREF-ΔVP，其中ΔVP为由于电容Cgs的影响而导致的馈通电压。在第一阶段，由于第二开关元件K2可以处于导通状态，PIN的正极电压也是第二电压信号VREF，因此其正负极之间的电压差仅为ΔVP，PIN上无偏置电压，因此在第一阶段PIN漏电流可忽略。

第二次控制极Gate打开时，第二电容Cst上的电荷经过第一晶体管T1向第一放大器221运动，经过一定的时间积分，得到Vout，理论上Vout＝∫i(t)dt/Cf，而VA＝∫i(t)dt/Cst，所以Vout＝Cst·VA/Cf，计算单元211结合VA＝VREF–ΔVP，得到ΔVP＝VREF-Cf·Vout/Cst，这样就可以根据Vout值以及第二电压信号VREF计算得到该TFT单元的馈通电压ΔVP，也就是得到补偿信号。由于VREF设定值一般为定值，且ΔVP也仅与第一电压信号的高电平VGH、低电平VGL以及寄生电容Cgs等相关，因此可以作为一个固定参数存储于存储单元212中，便于正常工作时直接使用。在第一阶段，第一开关元件K1可以处于导通状态。

在第二阶段，使感测元件如光敏二极管PIN处于暗态或亮态。补偿单元213根据补偿信号对第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，例如根据VREF’＝VREF+ΔVP计算补偿信号与第二电压信号之和，得到第四电压信号，并将第四电压信号发送给处理模块22。

在暗态工作时，可以使第二开关元件K2处于导通状态，第一开关元件K1和第三开关元件K3处于关断状态。第一放大器221的第二输入端的电压也是第四电压信号VREF’，当第一晶体管T1导通时，经受第一晶体管T1的Cgs影响后的A点电压均为VREF’–ΔVP＝VREF+ΔVP–ΔVP＝VREF，这样，不同像素点的A点电压均为VREF，消除了第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异的影响，使得经驱动电路的输出端输出的信号再经过放大运算及模数转换，可以在暗态时得到均一化后的数字信号，即显示均一化的灰度。

在亮态工作时，向第五电压输入端V5输入的第五电压信号，可以使第三开关元件K3处于导通状态，第一开关元件K1和第二开关元件K2处于关断状态。此时施加在PIN正极的是第五电压信号，与负极的VREF形成反偏电压，使PIN正常工作，第一放大器221根据该第四电压信号VREF’，对第一晶体管T1提供的电压信号，也就是对X射线探测装置的感测元件产生并经过第一晶体管输出的信号进行处理，处理后的信号由驱动电路的输出端Vout进行输出。

在本申请另一实施例中还提供了一种X射线探测装置，可以包括上述任一实施例所述的驱动电路。

在本申请另一实施例中还提供了一种驱动方法，应用于上述任一实施例所述的驱动电路，参照图3，该驱动方法可以包括：

步骤301：在第一阶段，向第一电压输入端输入第一电压信号，向第二电压输入端输入第二电压信号，并根据驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及第二电压信号生成补偿信号。

步骤302：在第二阶段，根据补偿信号对第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，以及根据第四电压信号，对第一晶体管提供的电压信号进行处理，处理后的信号由驱动电路的输出端进行输出。

具体地，上述步骤302中根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号的步骤，可以进一步包括：

步骤3021：计算补偿信号与第二电压信号之和，得到第四电压信号。

具体地，补偿信号与第二电压信号之差，和第三电压信号成正比例关系。

具体地，在第一阶段，第一电压信号至少包括两个使第一晶体管开启的脉冲信号。

本实施例中，具体的驱动过程和原理可以参照前述实施例的描述，这里不再赘述。

本申请实施例提供了一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置，解决由于第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异而导致的馈通电压ΔVp不同，导致暗态时显示灰度不均一以及X光测试结果准确性差的问题，其中，驱动电路包括第一晶体管、补偿模块以及处理模块，第一阶段由补偿模块生成补偿信号，即得到馈通电压ΔVp，并在第二阶段将补偿得到的第四电压信号输出给处理模块，处理模块根据第四电压信号对X射线探测装置的感测元件产生并经过第一晶体管输出的信号进行处理。由此，实现驱动电路无论在暗态或者亮态时，处理模块都是基于补偿后的信号对感测元件的感测电压进行处理，消除了第一晶体管的控制极和第一极之间的寄生电容差异的影响，经驱动电路的输出端输出的信号再经过放大运算及模数转换，可以在暗态时得到均一化后的数字信号，即显示均一化的灰度，进而提高亮态时X光测试结果的准确性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种驱动电路及驱动方法、X射线探测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种驱动电路，用于X射线探测器，其特征在于，包括第一晶体管、补偿模块以及处理模块；

所述第一晶体管，包括控制极、第一极和第二极，所述控制极与第一电压输入端连接，所述第一极与所述X射线探测器的感测元件连接，所述第二极与所述处理模块连接，被配置为根据所述第一电压输入端输入的第一电压信号以及所述控制极与所述第一极之间的电容，将所述第一极的电压信号提供给所述处理模块；

所述补偿模块，与所述驱动电路的输出端、第二电压输入端以及所述处理模块连接，被配置为在第一阶段，向所述处理模块提供所述第二电压输入端输入的第二电压信号，根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；并在第二阶段根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向所述处理模块提供所述第四电压信号；

所述处理模块，还与所述驱动电路的输出端连接，被配置为在第二阶段根据所述补偿模块提供的所述第四电压信号，对所述第一晶体管提供的电压信号进行处理，处理后的信号由所述驱动电路的输出端进行输出。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述处理模块包括：

第一放大器，所述第一放大器的第一输入端与所述补偿模块连接，第二输入端与所述第一晶体管的第二极连接，输出端与所述驱动电路的输出端连接；

第一电容，连接在所述第一放大器的第二输入端与输出端之间。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述补偿模块包括第一开关元件、计算单元、存储单元以及补偿单元；

所述第一开关元件，连接在所述驱动电路的输出端与所述计算单元之间；

所述计算单元，被配置为在第一阶段根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；

所述存储单元，被配置为存储所述补偿信号；

所述补偿单元，被配置为在第二阶段根据所述补偿信号，对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，向所述处理模块提供所述第四电压信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述X射线探测器的感测元件为光敏二极管，所述光敏二极管的负极与所述第一晶体管连接，所述驱动电路还包括：

第二电容，连接在所述光敏二极管的正极和负极之间；

控制模块，与所述光敏二极管的正极、所述第二电压输入端以及第五电压输入端连接，被配置为在第一阶段将所述第二电压信号提供给所述光敏二极管的正极，在所述第二阶段将所述第五电压输入端输入的第五电压信号提供给所述光敏二极管的正极。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制模块包括：

第二开关元件，连接在所述第二电压输入端和所述光敏二极管的正极之间；

第三开关元件，连接在所述第五电压输入端和所述光敏二极管的正极之间。

6.一种X射线探测装置，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的驱动电路。

7.一种驱动方法，应用于权利要求1至5任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动方法包括：

在第一阶段，向所述第一电压输入端输入第一电压信号，向所述第二电压输入端输入第二电压信号，并根据所述驱动电路的输出端输出的第三电压信号以及所述第二电压信号生成补偿信号；

在第二阶段，根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号，以及根据所述第四电压信号，对所述第一晶体管提供的电压信号进行处理，处理后的信号由所述驱动电路的输出端进行输出。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述根据所述补偿信号对所述第二电压信号进行补偿生成第四电压信号的步骤，包括：

计算所述补偿信号与所述第二电压信号之和，得到所述第四电压信号。

9.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述补偿信号与所述第二电压信号之差，和所述第三电压信号成正比例关系。

10.根据权利要求7至9任一项所述的驱动方法，其特征在于，在第一阶段，所述第一电压信号至少包括两个使所述第一晶体管开启的脉冲信号。