CN113376680B - 用于半导体探测器的读出电路和方法以及半导体探测系统 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例公开了一种用于半导体探测器的读出电路，包括：波形读取电路，被配置为从所述半导体探测器读取阴极信号，并且输出阴极信号的波形信号；以及专用集成电路(ASIC)电路，被配置为从所述半导体探测器读出至少一个阳极信号，并且输出所述至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度。
Description
技术领域
本公开涉及电子技术领域，具体地，涉及一种用于半导体探测器的读出电路和方法以及半导体探测系统。
背景技术
室温半导体探测器近年有了飞速的发展，在许多领域得到了运用，例如核物理、X射线、γ射线天文探测、环境监测、医学成像等。碲锌镉(CdZnTe，简写：CZT)是一种半导体材料，由于在核辐射探测器领域有着很好的能量分辨率、高的探测效率、能在室温下工作等的优点，成为最有潜力的辐射探测材料。用于康普顿成像的像素型碲锌镉半导体探测器的结构如图1所示，其主要部分为碲锌镉晶体，在其一侧表面(图1中的上表面)为像素型排布的阳极阵列(图1中示出了11×11共121个阳极像素)，并且在阳极面相对的面上加工有阴极，阴极的面积与整个阳极阵列相当，整体构成单个阴极。即，整个碲锌镉晶体引出一个阴极和多个阳极。
在一个伽马射线入射的情况下，射线可能只在晶体内一个位置发生作用(单阳极事例)，也可能在多个位置同时发生作用(多阳极事例)。对于每一个作用点，都会在阴极和与作用点所在的位置相对应的阳极上产生信号，而在其余阳极上不产生信号。康普顿成像等应用要求必须获得具有信号的阴极和阳极上的信号幅度、信号的起始时刻和结束时刻这四种量。为了获得这四种量，通常采用基于模拟专用集成电路(ASIC)芯片的读出电路和基于数字ASIC芯片的读出电路。然而，基于模拟ASIC芯片的读出电路具有阴极信号受弹道亏损影响大、过阈时刻游走大、触发阈值高等缺点，并且基于数字ASIC芯片的读出电路具有全波形采样读出造成的数据量大、死时间长、最大计数率较低等缺点。
因此，需要一种用于克服上述缺点的用于半导体探测器的读出电路。
公开内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于半导体探测器的读出电路，包括：
波形读取电路，被配置为从所述半导体探测器读取阴极信号，并且输出所述阴极信号的波形信号；以及
专用集成电路ASIC电路，被配置为从所述半导体探测器读出至少一个阳极信号，并且输出所述至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度。
在实施例中，所述ASIC电路进一步被配置为根据所述阳极信号的幅度输出触发信号，并且
其中，所述读出电路还包括处理模块，所述处理模块被配置为：
从所述ASIC电路接收所述触发信号；
响应于接收到所述触发信号，从所述波形读取电路接收所述波形信号，并且从所述ASIC电路接收所述过阈时刻和所述幅度；
以及
对所述波形信号进行数字信号处理以得到所述阴极信号的开始时刻和幅度。
在实施例中，所述处理模块被进一步配置为：
根据所述阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到所述阳极信号的结束时刻。
在实施例中，所述处理模块进一步被配置为：在得到阳极信号的结束时刻之前，执行以下操作：
响应于射线多次入射在所述半导体探测器上并且每次从所述半导体探测器仅激发一个阳极产生信号，从所述波形读取电路接收多个阴极波形，并且从所述ASIC电路接收与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；
对所述多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与所述阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；
根据与所述多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储所述多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中所述阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。
在实施例中，所述波形读取电路包括：
第一前置放大器，被配置为对所述阴极信号进行放大。
在实施例中，所述ASIC电路包括：
幅度提取电路，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行处理以获得所述阳极信号的幅度；以及
时间提取电路，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行处理以获得所述阳极信号的过阈时刻。
在实施例中，所述幅度提取电路包括：
慢成形器，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行慢成形以获得慢成形信号；
峰值保持电路，被配置为从所述慢成形器接收所述慢成形信号，并且对所述慢成形信号进行峰值保持以获得峰值保持信号；以及
采样保持电路，被配置为从所述峰值保持电路接收所述峰值保持信号，并且根据控制信号对所述峰值保持信号进行采样保持以获得采样保持信号作为所述阳极信号的幅度。
在实施例中，所述时间提取电路包括：
快成形器，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行快成形以获得快成形信号；
鉴别器，被配置为从所述快成形器接收所述快成形信号，并且将所述快成形信号与预置阈值进行比较，并且当所述快成形信号的幅度大于所述预置阈值时，生成所述触发信号；以及
时间幅度转换器，被配置为响应于从所述鉴别器接收到所述触发信号，根据所述触发信号和所述控制信号获得所述阳极信号的过阈时刻。
在实施例中，所述处理模块被进一步配置为：
响应于接收到所述触发信号，向所述采样保持电路和所述时间幅度转换器发送所述控制信号。
在实施例中，所述半导体探测器是像素型碲锌镉半导体探测器。
根据本公开的另一个方面，提供了一种半导体探测系统，包括：
半导体探测器；以及
根据上述实施例所述的读出电路。
在实施例中，所述半导体探测器是像素型碲锌镉半导体探测器。
根据本公开的又一个方面，提供了一种利用根据上述实施例所述的读出电路对半导体探测器的读出方法，包括：
由所述波形读取电路从所述半导体探测器读取阴极信号，并且输出所述阴极信号的波形信号；以及
由所述ASIC电路从所述半导体探测器读出至少一个阳极信号，并且输出所述至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度。
在实施例中，所述读出方法还包括：
由所述ASIC电路根据所述阳极信号的幅度输出触发信号；
由所述处理模块从所述ASIC电路接收所述触发信号；
由所述处理模块响应于接收到所述触发信号，从所述波形读取电路接收所述波形信号，并且从所述ASIC电路接收所述过阈时刻和所述幅度；以及
由所述处理模块对所述波形信号进行数字信号处理以得到所述阴极信号的开始时刻和幅度。
在实施例中，所述读出方法还包括：
由所述处理模块根据所述阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到所述阳极信号的结束时刻。
在实施例中，在得到阳极信号的结束时刻之前，所述读出方法还包括：
响应于射线多次入射在所述半导体探测器上并且每次从所述半导体探测器仅激发一个阳极产生信号，从所述波形读取电路接收多个阴极波形，并且从所述ASIC电路接收与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；
对所述多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与所述阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；以及
根据与所述多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储所述多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中所述阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是示出了根据本公开的实施例的像素型三维位置灵敏碲锌镉探测器的结构示意图；
图2是示出了根据本公开的实施例的用于半导体探测器的读出电路的示意图；
图3示出了根据本公开的实施例的用于半导体探测器的读出电路的示意图；
图4示出了根据本公开的实施例的ASIC电路的示意图；
图5示出了根据本公开的实施例的利用两个单阳极实例获得的阳极信号和阴极信号的曲线图；
图6示出了根据本公开的实施例的利用多个单阳极实例获得的拟合曲线图；
图7示出了根据本公开的实施例的半导体探测系统的示意图；
图8示出了利用根据本公开的实施例的读出电路对半导体探测器的读出方法的流程图；以及
图9示出了利用根据本公开的实施例的读出电路对半导体探测器的读出方法的流程图。
附图没有对实施例的所有电路或结构进行显示。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
图2是示出了根据本公开的实施例的用于半导体探测器100的读出电路200的示意图。在一个示例中，如图3所示，半导体探测器100可以是像素型碲锌镉半导体探测器(例如，图1所示的像素型碲锌镉半导体探测器)。读出电路200可以包括波形读取电路200-1和ASIC电路200-2。波形读取电路200-1可以被配置为从半导体探测器100读取阴极信号，并且输出阴极信号的波形信号。在一个示例中，波形读取电路200-1可以包括：前置放大器，被配置为对阴极信号进行放大，并且输出经放大的阴极信号作为阴极信号的波形信号，如图3所示。
ASIC电路200-2可以被配置为从半导体探测器100读出至少一个阳极信号，并且输出至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度。该过阈时刻可以是当阳极信号的幅度达到预置阈值时的时刻。ASIC电路200-2可以进一步被配置为根据阳极信号的幅度输出触发信号S。
图4示出了根据本公开的实施例的ASIC电路200-2的示意图。ASIC电路200-2可以包括幅度提取电路400-1和时间提取电路400-2。
幅度提取电路400-1可以被配置为从半导体探测器100接收阳极信号，并且对阳极信号进行处理以获得阳极信号的幅度。幅度提取电路400-1可以包括：慢成形器402，被配置为从半导体探测器100接收阳极信号，并且对阳极信号进行慢成形以获得慢成形信号；峰值保持电路403，被配置为从慢成形器402接收慢成形信号，并且对慢成形信号进行峰值保持以获得峰值保持信号；以及采样保持电路404，被配置为从峰值保持电路403接收峰值保持信号，并且根据控制信号C对峰值保持信号进行采样保持以获得采样保持信号作为阳极信号的幅度。慢成形器402的成形时间例如为900ns。
时间提取电路400-2可以被配置为从半导体探测器100接收阳极信号，并且对阳极信号进行处理以获得阳极信号的过阈时刻。时间提取电路400-2可以包括：快成形器405，被配置为从半导体探测器100接收阳极信号，并且对阳极信号进行快成形以获得快成形信号；鉴别器406，被配置为从快成形器405接收快成形信号，将快成形信号与预置阈值进行比较，并且当快成形信号的幅度大于预置阈值时，生成触发信号S；以及时间幅度转换器407，被配置为响应于从鉴别器406接收到触发信号S，根据触发信号S和控制信号C获得阳极信号的过阈时刻。例如，可以根据触发信号S开始计时，并且根据控制信号C停止计时，或者可以根据控制信号C开始计时，并且根据触发信号S停止计时，以获得阳极信号的过阈时间，例如，停止计时时刻与开始计时时刻之间的时间差。快成形器405的成形时间例如为75ns。在一个示例中，如图3所示，预置阈值可以由下文将描述的FPGA通过数模转换器(DAC)发送给ASIC电路200-2。
ASIC电路200-2还可以包括前置放大器401，前置放大器401可以被配置为对阳极信号进行放大，并且分别向幅度提取电路400-1和时间提取电路400-2输出经放大的阳极信号。
读出电路200还可以包括处理模块200-3。在一个示例中，如图3所示，处理模块200-3可以包括现场可编程门阵列(FPGA)和上位机。处理模块200-3可以被配置为：从ASIC电路200-2接收触发信号S；响应于接收到触发信号S，从波形读取电路200-1接收阴极信号的波形信号，并且从ASIC电路200-2接收阳极信号的过阈时刻和幅度；以及对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度。在一个示例中，如图3所示，来自前置放大器的波形信号经过模数转换器(ADC)转换后发送到FPGA，并且来自ASIC电路200-2的过阈时刻和幅度分别经过放放大器Amp1和Amp2放大并且经过ADC转换后发送到FPGA。可以由FPGA对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度，并且向上位机输出阳极信号的过阈时刻和幅度以及阴极信号的开始时刻和幅度，并且上位机利用阳极信号的幅度和阴极信号的开始时刻和幅度以阳极信号的过阈时刻作为阳极信号的结束时刻进行成像，例如，康普顿成像等。备选地，可以由FPGA将波形信号以及阳极信号的过阈时刻和幅度发送到上位机，并且上位机对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度，并利用阳极信号的幅度和阴极信号的开始时刻和幅度以阳极信号的过阈时刻作为阳极信号的结束时刻进行成像，例如，康普顿成像等。
根据本公开的实施例的读出电路保留了传统的基于模拟ASIC芯片的读出电路中读出阳极阵列上的信号的电路结构，并且使用波形采样读出阴极信号。通过这种方式，克服了数字ASIC芯片使用全波形采样读出造成的数据量大、死时间长、最大计数率较低的缺点，并且由于通过对阴极波形信号进行数字信号处理，克服了模拟ASIC芯片技术中阴极信号受弹道亏损影响大、过阈时刻游走大、触发阈值高等缺点，提高了对射线沉积能量、深度的测量精度，从而提高了康普顿成像性能。
然而，应当注意的是，阳极信号的过阈时刻实际上并不等于阳极信号的结束时刻，因为快成形后通过过阈甄别(即，由鉴别器输出的触发信号)开始计时信号的过程，会由于过阈甄别带来的时间幅度游走(Time amplitude walk，简写：TAW)而对过阈时刻引入偏差。具体地，由于输入信号的幅度不同，而电路中使用的阈值是一个确定值，则信号过阈时刻会与幅度有关，即幅度越大，则过阈时刻越早。在基于模拟ASIC的方案中，有一些方法用来校正TAW，但由于阴极和阳极的过阈时刻都有TAW，校正精度受到一定制约。在本公开中，利用单阳极事例进行TAW校正，单阳极事例是指在一个事例中，只有一个阳极有信号，这时原始阴极信号的波形较简单，可以通过波形采样后的数字信号处理技术较为准确地得到。图5示出了根据本公开的实施例的利用两个单阳极实例获得的阳极信号和阴极信号的曲线图，其中实线与虚线分别是两组单阳极事例的波形信号：其中黑色代表阴极信号的原始波形(例如，波形读取电路200-1输出的波形信号)；深灰色代表阳极信号的原始波形；浅灰色代表阳极电流信号在ASIC电路中经过成形后的波形；水平点划线代表预先设定的阈值。ASIC电路获得的阳极过阈时刻为浅灰色波形超出水平点划线阈值的过阈时刻ttrigger，并且最终需要得到的时刻为阴极信号原始波形的结束时刻tend，从图5中可以看出，两者之间的关系为：
tend＝ttrigger+Δt (式1)
从图5中可以看出，Δt与阳极信号的幅度A有关，阳极信号的幅度越大，Δt越大，即存在TAW。因此式(1)可以写成：
tend＝ttrigger+Δt(A) (式2)
这样，只要得到Δt关于A的函数Δt(A)，就可以根据阳极的过阈时刻ttrigger得到tend值。
对每个单阳极事例，都可以通过ASIC读出电路得到阳极过阈时刻ttrigger；同时通过对阴极波形采样后进行数字信号处理得到tend，从而得到该事例的Δt，以及一组对应的A与Δt值。采集较大数量的单阳极事例，就可以得到函数Δt(A)。例如，将A与Δt的对应关系画成二维直方图，并拟合出Δt(A)曲线。当然，获得函数Δt(A)的方式不限于此。图6示出了实验测出的A与Δt的二维直方图、以及拟合出的Δt(A)曲线。
对于多阳极事例(康普顿成像等应用所用的事例，即，在一个事例中，有多于一个阳极上有信号)，其阴极信号比较复杂，无法通过上述阴极波形采样与数字信号处理方法准确重建出各阳极事例对应的tend，但各个阳极仍能通过ASIC输出其阳极过阈时刻ttrigger以及阳极信号的幅度A。这时，就可以根据上述Δt(A)曲线获得Δt，并且通过将ttrigger和Δt求和以得到该阳极无偏差的tend值。
在一个示例中，处理模块200-3可以进一步被配置为根据阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到阳极信号的结束时刻。在一个示例中，上述获得阳极信号的结束时刻的步骤可以由FPGA或上位机来执行，并且上位机可以利用阳极信号的结束时刻和幅度以及阴极信号的开始时刻和幅度进行成像，例如，康普顿成像等。由于根据阴极信号准确地获得阳极信号的结束时刻而不是将阳极信号的过阈时刻近似作为阳极信号的结束时刻，因而提高了成像的准确度。
处理模块200-3可以进一步被配置为：在得到阳极信号的结束时刻之前，执行以下操作：响应于射线多次入射在半导体探测器上并且每次从半导体探测器仅激发一个阳极产生信号(即，单阳极事例)，从波形读取电路200-1接收多个阴极波形，并且从ASIC电路200-2接收与多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；对多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；根据与多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。在一个示例中，如图4所示，处理模块200-3可以被进一步配置为：响应于从鉴别器406接收到触发信号S，向采样保持电路404和时间幅度转换器407发送控制信号C。
根据本公开的实施例的读出电路在保留了传统的基于模拟ASIC芯片的读出电路中读出阳极阵列上的信号的电路结构并且使用波形采样读出阴极信号的基础上，进一步校正了过阈甄别带来的TAW以准确地获得阳极信号的结束时刻，从而进一步提高了康普顿成像的准确度。
图7示出了根据本公开的实施例的半导体探测系统700的示意图。根据本公开的实施例的半导体探测系统700可以包括半导体探测器701(例如，图1所示的像素型碲锌镉半导体探测器)、以及根据本公开的实施例的读出电路702(例如，图2中所示的读出电路200)。
图8示出了利用根据本公开的实施例的读出电路对半导体探测器的读出方法800的流程图。读出方法800可以包括以下步骤。
在步骤S801中，由波形读取电路200-1从半导体探测器100读取阴极信号，并且输出阴极信号的波形信号。
在步骤S802中，由ASIC电路200-2从半导体探测器100读出至少一个阳极信号，并且输出至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度。
在步骤S803中，由ASIC电路200-2根据阳极信号的幅度输出触发信号。
在步骤S804中，由处理模块200-3从ASIC电路200-2接收触发信号。
在步骤S805中，由处理模块200-3响应于接收到触发信号，从波形读取电路200-1接收波形信号，并且从ASIC电路200-2接收过阈时刻和幅度。
在步骤S806中，由处理模块200-3对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度。
可以由处理模块200-3中的FPGA对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度，并且向处理模块200-3中的上位机输出阳极信号的过阈时刻和幅度以及阴极信号的开始时刻和幅度，并且上位机利用阳极信号的幅度和阴极信号的开始时刻和幅度以阳极信号的过阈时刻作为阳极信号的结束时刻进行成像，例如，康普顿成像等。备选地，可以由FPGA将波形信号以及阳极信号的过阈时刻和幅度发送到上位机，并且上位机对波形信号进行数字信号处理以得到阴极信号的开始时刻和幅度，并利用阳极信号的幅度和阴极信号的开始时刻和幅度以阳极信号的过阈时刻作为阳极信号的结束时刻进行成像，例如，康普顿成像等。
图9示出了利用根据本公开的实施例的读出电路对半导体探测器的读出方法900的流程图。步骤S901至S906与图8中的布置S801至S806相同，其细节将不再赘述。
在步骤S907中，由处理模块200-3根据阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到阳极信号的结束时刻。
在一个示例中，上述获得阳极信号的结束时刻的步骤可以由FPGA或上位机来执行，并且上位机可以利用阳极信号的结束时刻和幅度以及阴极信号的开始时刻和幅度进行成像，例如，康普顿成像等。由于根据阴极信号准确地获得阳极信号的结束时刻而不是将阳极信号的过阈时刻近似作为阳极信号的结束时刻，因而提高了成像的准确度。
在得到阳极信号的结束时刻之前，读出方法900还可以包括：响应于射线多次入射在所述半导体探测器100上并且每次述半导体探测器100仅激发一个阳极产生信号，由处理模块200-3从波形读取电路200-1接收多个阴极波形，并且从ASIC电路200-2接收与多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；由处理模块200-3对多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；以及由处理模块200-3根据与多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统(例如，一个或多个处理器)使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了用于半导体探测器的读出电路和方法以及半导体探测系统的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本公开的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
Claims (13)
1.一种用于半导体探测器的读出电路，包括：
波形读取电路，被配置为从所述半导体探测器读取阴极信号，并且输出所述阴极信号的波形信号；
专用集成电路ASIC电路，被配置为从所述半导体探测器读出至少一个阳极信号，输出所述至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度，并且根据所述阳极信号的幅度输出触发信号；以及
处理模块，被配置为从所述ASIC电路接收所述触发信号，响应于接收到所述触发信号，从所述ASIC电路接收所述过阈时刻和所述幅度，并且根据所述阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到所述阳极信号的结束时刻。
2.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述处理模块被配置为：
响应于接收到所述触发信号，从所述波形读取电路接收所述波形信号；以及
对所述波形信号进行数字信号处理以得到所述阴极信号的开始时刻和幅度。
3.根据权利要求2所述的读出电路，其中，所述处理模块进一步被配置为：在得到阳极信号的结束时刻之前，执行以下操作：
响应于射线多次入射在所述半导体探测器上并且每次从所述半导体探测器仅激发一个阳极产生信号，从所述波形读取电路接收多个阴极波形，并且从所述ASIC电路接收与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；
对所述多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与所述阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；
根据与所述多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储所述多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中所述阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。
4.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述波形读取电路包括：
第一前置放大器，被配置为对所述阴极信号进行放大。
5.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述ASIC电路包括：
幅度提取电路，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行处理以获得所述阳极信号的幅度；以及
时间提取电路，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行处理以获得所述阳极信号的过阈时刻。
6.根据权利要求5所述的读出电路，其中，所述幅度提取电路包括：
慢成形器，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行慢成形以获得慢成形信号；
峰值保持电路，被配置为从所述慢成形器接收所述慢成形信号，并且对所述慢成形信号进行峰值保持以获得峰值保持信号；以及
采样保持电路，被配置为从所述峰值保持电路接收所述峰值保持信号，并且根据控制信号对所述峰值保持信号进行采样保持以获得采样保持信号作为所述阳极信号的幅度。
7.根据权利要求6所述的读出电路，其中，所述时间提取电路包括：
快成形器，被配置为从所述半导体探测器接收所述阳极信号，并且对所述阳极信号进行快成形以获得快成形信号；
鉴别器，被配置为从所述快成形器接收所述快成形信号，并且将所述快成形信号与预置阈值进行比较，并且当所述快成形信号的幅度大于所述预置阈值时，生成所述触发信号；以及
时间幅度转换器，被配置为响应于从所述鉴别器接收到所述触发信号，根据所述触发信号和所述控制信号获得所述阳极信号的过阈时刻。
8.根据权利要求7所述的读出电路，其中，所述处理模块被进一步配置为：
响应于接收到所述触发信号，向所述采样保持电路和所述时间幅度转换器发送所述控制信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的读出电路，其中，所述半导体探测器是像素型碲锌镉半导体探测器。
10.一种半导体探测系统，包括：
半导体探测器；以及
根据权利要求1至9中任一项所述的读出电路。
11.根据权利要求10所述的半导体探测系统，其中，所述半导体探测器是像素型碲锌镉半导体探测器。
12.一种利用根据权利要求1至9中任一项所述的读出电路对半导体探测器的读出方法，包括：
由所述波形读取电路从所述半导体探测器读取阴极信号，并且输出所述阴极信号的波形信号；
由所述ASIC电路从所述半导体探测器读出至少一个阳极信号，并且输出所述至少一个阳极信号中的每一个阳极信号的过阈时刻和幅度；
由所述ASIC电路根据所述阳极信号的幅度输出触发信号；
由所述处理模块从所述ASIC电路接收所述触发信号；
由所述处理模块响应于接收到所述触发信号，从所述波形读取电路接收所述波形信号，并且从所述ASIC电路接收所述过阈时刻和所述幅度；
由所述处理模块对所述波形信号进行数字信号处理以得到所述阴极信号的开始时刻和幅度；以及
由所述处理模块根据所述阳极信号的过阈时刻和幅度利用预先存储的多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系来得到所述阳极信号的结束时刻。
13.根据权利要求12所述的读出方法，其中，在得到阳极信号的结束时刻之前，所述读出方法还包括：
响应于射线多次入射在所述半导体探测器上并且每次从所述半导体探测器仅激发一个阳极产生信号，由所述处理模块从所述波形读取电路接收多个阴极波形，并且从所述ASIC电路接收与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度；
由所述处理模块对所述多个阴极波形中的每一个阴极波形进行数字信号处理以得到与所述阴极波形相对应的阴极信号的结束时刻；以及
由所述处理模块根据与所述多个阴极波形相对应的结束时刻、以及与所述多个阴极波形相对应的阳极信号的过阈时刻和幅度来确定并存储所述多个阳极信号的过阈时刻和结束时刻之差与幅度之间的对应关系，其中所述阳极信号的结束时刻与相应阴极波形的结束时刻相同。
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