CN116438475A

CN116438475A - 用于光子计数应用的前端电子电路

Info

Publication number: CN116438475A
Application number: CN202180076293.XA
Authority: CN
Inventors: 弗里多林·米歇尔; 哈拉兰博斯·安德烈乌; 马西莫·里戈; 马蒂亚斯·斯坦纳; 胡安·米格尔·加维尔莱罗
Original assignee: Ams International AG
Current assignee: Ams International AG
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-07-14
Also published as: US20230417932A1; JP2023549068A; DE112021005007T5; WO2022101071A1

Abstract

一种用于光子计数应用的前端电子电路(10a、10b)，其包括电荷敏感放大器(100)，该电荷敏感放大器(100)包括放大器电路(110)和电容器(120)，该电容器(120)被布置在所述放大器电路(110)的输入侧与输出侧之间的反馈路径中。可控开关(200)与所述电容器(120)并联布置。该电路(10a、10b)包括提供延迟电路输出信号(DS)的延迟电路(300)，该延迟电路输出信号(DS)作为电荷敏感放大器输出信号(CS)的时间延迟表示。输出信号生成电路(400)被配置为通过从所述电荷敏感放大器输出信号(CS)中减去所述延迟电路输出信号(DS)来生成输出信号(OS)。

Description

用于光子计数应用的前端电子电路

技术领域

本公开涉及一种前端电子电路，其可用于光子计数应用，例如多能光谱计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)。本公开还涉及一种光子计数电路和用于医疗诊断的设备。

背景技术

在传统的计算机断层扫描应用中，利用间接检测原理来检测轻松穿过患者身体软组织的光子。间接检测器包括将X射线转换为可见光的闪烁体，响应于X射线撞击闪烁体材料，可见光被光电检测器或光电二极管捕获从而提供电信号。与使用间接检测原理的传统计算机断层扫描相反，光子计数计算机断层扫描采用直接转换传感器。直接转换传感器使用特定的材料(例如CdTe、CdZnTe、Si、GaAs、TlBr等)，其响应于X射线光子在体材料的相互作用来生成电子-空穴对云。电荷量与撞击光子的能量成比例。

电子，例如，以CdTe/CZT材料而言，在其收集电极(阳极)上感应瞬态电流信号，然后由前端电子器件对该瞬态电流信号作进一步处理。前端生成幅值与撞击光子的能量成比例的电压脉冲。然后将电压脉冲的幅值与多个能量鉴别器进行比较。能量阈值低于脉冲幅值的鉴别器触发并使相应的计数器增加。在时间间隔(图像投影)内将每个能量的光子数计入鉴别器。

图1示出了光子计数电路2的框图，该电路包括前端电子电路10、光子检测器20和能量鉴别器30。光子撞击光子检测器20的光子敏感区域21，导致光子检测器20生成瞬态电流脉冲I_pulse。前端电子电路10通常包括电荷敏感放大器和整形器级。该整形器级生成与撞击X射线光子的能量(电荷)成比例的电压脉冲幅值。电流脉冲I_pulse所提供的电荷被整形器级尽可能快地积分并移除，以适应时间上随机的下一次相互作用。将整形器级生成的电压脉冲Vpulse的幅值与能量鉴别器30的鉴别器的多个能量阈值进行比较，以根据其能量对每个光子进行计数和分类。

对于计算机断层扫描应用，X射线的通量可能超过1*10⁹光子/mm²s。因此需要非常高的计数率，以驱动前端电子电路10的设计在非常高的弹道亏损(ballistic deficit)条件下运行。

弹道亏损是与理想全收集相比而言的脉冲幅值损失，其与前端电子电路10的电荷敏感放大器的反馈电容器的连续放电有关。总之，电压脉冲Vpulse的最大值没有达到理论C/Q值是因为同时在通过与电荷敏感放大器的反馈电容器并联连接的电阻器放电。需要反馈电阻器(或其他放电机制)来整形脉冲并将电压带回到基准电压，以便能够尽快处理后续脉冲。

弹道亏损在光子计数检测器的能量分辨率中起着重要作用。具有相同撞击X射线能量的事件可能会在检测器上表现出略有不同的瞬态响应，具体取决于事件(相对于像素的中心和相互作用的深度)的位置。用于非常高计数率的电子器件通常必须在高弹道亏损条件下运行。

在这种条件下工作需要前端电子电路为具有相同能量但不同相互作用位置的事件提供略有不同的电压信号Vpulse脉冲幅值。这会导致所显示的能量变得不确定，从而导致更差的能量分辨率。

需要为光子计数应用提供一种能够以非常高的计数率运行同时又表现出可忽略不计的弹道亏损从而实现更好性能的前端电子电路。此外，还希望提供一种在计数率和能量分辨率方面具有高性能的光子计数电路。此外，还希望提供一种能够以非常高的计数率运行的医疗诊断设备。

发明内容

在权利要求1中说明了一种用于光子计数应用的前端电子电路，该电路具有减少的弹道亏损并实现了高光子计数率。

该前端电子电路包括提供输出信号的输出节点、接收输入信号的输入节点、电荷敏感放大器，电荷敏感放大器包括放大器电路和电容器，放大器电路具有耦合到输入节点的输入侧和提供电荷敏感放大器输出信号的输出侧，电容器被布置在放大器电路的输入侧与输出侧之间的反馈路径中。该前端电子电路还包括与电容器并联布置的可控开关和提供延迟电路输出信号的延迟电路。延迟电路输出信号是电荷敏感放大器输出信号的时间延迟表示。该前端电子电路包括耦合到输出节点以提供输出信号的输出信号生成电路。输出信号生成电路被配置为通过从电荷敏感放大器输出信号中减去延迟电路输出信号来生成输出信号。

根据该前端电子电路的可能实施例，延迟电路具有用于接收电荷敏感放大器输出信号的输入侧。延迟电路被配置为在延迟电路的输入侧接收到电荷敏感放大器输出信号后生成具有第一延迟时间的延迟电路输出信号。

根据该前端电子电路的实施例，放大器电路和电容器被布置成使得当输入信号形成为电流脉冲时，电荷被存储在电容器中。电荷取决于输入信号的电流脉冲。

根据该前端电子电路的另一个实施例，可控开关在非导通状态和导通状态下工作。可控开关和电容器被布置成使得当可控开关在非导通状态下工作时，电容器充电，并且当可控开关在导通状态下工作时，电容器放电。

这种配置允许为前端电子电路提供复位拓扑结构。复位拓扑结构允许使用高电阻反馈路径，从而减少弹道亏损，同时保持高计数率能力。在输入节点接收到输入信号的每个脉冲之后，并且在反馈路径中的电容器收集到输入事件的全部电荷之后，电荷敏感放大器由可控开关复位。该前端电子电路示出可以忽略不计的弹道亏损，除了脉冲堆积之外，没有与通量相关的能量失真。

根据该前端电子电路的可能实施例，该电路包括控制电路，控制电路被配置成监测存储在电容器中的电荷并且根据存储在电容器中的电荷来控制可控开关。特别地，控制电路被配置为当其检测到存储在电容器中的电荷超过阈值时，在一定延迟后将可控开关从非导通状态切换到导通状态。

根据该前端电子电路的可能实施例，控制电路包括第二延迟电路，以产生将可控开关从非导通状态切换到导通状态的控制信号。第二延迟电路被配置为在控制电路检测到存储在电容器中的电荷超过阈值后生成具有第二延迟时间的控制信号。

总之，在检测到输入电流脉冲具有高于阈值的能量后，会触发延迟。延迟过后，(反馈)电容器复位。

根据该前端电子电路的可能实施例，延迟电路和第二延迟电路被配置成使得第二延迟时间短于或等于第一延迟时间。将第二延迟时间选择为使得考虑最坏情况下的电荷收集时间。(瞬态)延迟电路的第一延迟时间确保(反馈)电容器对电荷的完全收集。

根据可能的实施例，该前端电子电路包括第二可控开关，用于将延迟电路与输出信号生成电路断开。输出信号生成电路具有连接到第二可控开关的第一输入端和连接到电荷敏感放大器电路的输出侧的第二输入端。

第二可控开关被配置为在第一状态下和第二状态下工作，在第一状态下，第二可控开关将延迟电路连接到输出信号生成电路的第一输入端，在第二状态下，第二可控开关将延迟电路与输出信号生成电路的第一输入节点断开并将输出信号生成电路的第一输入节点连接到参考电位。

有利的是，通过将输出信号生成电路的第一输入节点连接到参考电位，第二可控开关可以用于将延迟电路输出信号与输出信号生成电路断开。特别是，由于电荷敏感放大器的(反馈)电容器的复位，有利于提供第二可控开关。第二可控开关确保延迟电路输出信号向信号生成电路的传播被中断，从而消除在该前端电子电路的输出节点处输出信号的额外下冲。

根据该前端电子电路的可能实施例，控制电路包括第三延迟电路，以生成具有第一电平和第二电平的第二控制信号，第一电平使第二可控开关从第一状态切换到第二状态，第二电平使第二可控开关从第二状态切换到第一状态。第三延迟电路被配置为在生成第二控制信号的第二电平后生成具有第三延迟时间的第二控制信号的第一电平。

根据该前端电子电路的有利实施例，第三延迟电路被配置成使得第三延迟时间等于或长于第二延迟时间。在这种情况下，前端电子电路输出节点处的输出信号将跟随电子电路的积分器的(反馈)电容器的复位，而没有下冲。

所提出的前端电子电路配置解决了计数率和能量分辨率之间的权衡问题，这与计算机断层扫描中的临床应用非常相关。此外，对输入瞬态响应变化的抗扰性可提高整体信号稳定性。

在权利要求14中说明了一种光子计数电路，其允许对撞击光子检测器的大量光子进行检测。

该光子计数电路包括如上实施例之一所述的前端电子电路和具有光子敏感区域的光子检测器。光子检测器配置为在光子撞击光子敏感区域时生成电流脉冲。

该光子计数电路还包括连接到前端电子电路的输出节点的能量鉴别器。光子检测器连接到前端电子电路的输入节点，使得当光子撞击光子检测器的光子敏感区域时，光子检测器电路生成的电流脉冲被施加到前端电子电路的输入节点上。

该前端电子电路被配置为当电流脉冲施加到前端电子电路的输入节点时，在前端电子电路的输出节点上生成电压脉冲。能量鉴别器被配置为根据电压脉冲的电平生成数字信号。

在权利要求15中说明了一种利用光子计数原理的用于医疗诊断的设备。该设备包括如上所述的光子计数电路。该设备可以被配置为X射线装置或计算机断层扫描。

该前端电子电路的其他特征和优势将在下文的详细描述中列出。应当理解，上述总体说明和下文的详细说明都仅仅是示例性的，旨在为理解权利要求的本质和特征提供概述或框架。

附图说明

所附的附图是为了提供进一步的理解，并且这些附图被纳入并构成本说明书的一部分。因此结合附图，从下文的详细说明中可以对本公开有更充分的了解，其中：

图1示出了光子计数电路的框图；

图2A说明了用于光子计数应用的前端电子电路的第一实施例，所述前端电子电路具有减少的弹道亏损和高的计数率能力；

图2B示出了用于光子计数应用的前端电子电路的第二改进实施例，所述前端电子电路具有减少的弹道亏损和高的计数率能力；

图3说明了用于光子计数应用的前端电子电路的第二(改进)实施例的功能；

图4说明了所提出的前端电子电路的第一实施例对低于和高于脉冲阈值的撞击光子的响应；和

图5示出了用于医疗诊断的设备的框图。

具体实施方式

图2A示出了用于生成输出信号OS的前端电子电路10a的实施例，所述输出信号OS被配置为响应于输入瞬态电流(例如由图1所示的光子检测器20生成的电流脉冲)的电压脉冲。前端电子电路10a包括提供输出信号OS的输出节点O10和接收输入信号IS的输入节点I10。该前端电子电路还包括电荷敏感放大器100，该电荷敏感放大器100包括放大器电路110，放大器电路110具有耦合到输入节点I10的输入侧和提供电荷敏感放大器输出信号CS的输出侧。电荷敏感放大器100还包括被布置在放大器电路110的输入侧与输出侧之间的反馈路径中的(反馈)电容器120。电荷敏感放大器100可以可选地包括与电容器120并联连接的(反馈)电阻器130。

前端电子电路10a还包括与电容器120并联布置的可控开关200。此外，前端电子电路10a包括提供延迟电路输出信号DS的延迟电路300。延迟电路输出信号DS是电荷敏感放大器输出信号CS的时间延迟表示。前端电子电路10a包括输出信号生成电路400，其耦合到输出节点O10以提供输出信号OS。输出信号生成电路400被配置为通过从电荷敏感放大器输出信号CS中减去延迟电路输出信号DS来生成输出信号OS。根据可能的实施例，输出信号生成电路400被配置为信号加法器。

放大器电路110和电容器120被布置成使得当可控开关200处于非导通状态(如图2A所示)，在输入信号IS形成为电流脉冲(例如由图1所示的光子检测器20生成的电流脉冲I_pulse)时，电荷被存储在电容器120中。存储在电容器120中的电荷取决于输入信号IS的电流脉冲。

可控开关200被配置为在非导通状态和导通状态下工作。可控开关200和电容器120被布置成使得当可控开关200在非导通状态下工作时电容器120充电，当可控开关200在导通状态下工作时电容器120放电。

前端电子电路10a包括控制电路500，控制电路500被配置为监测存储在电容器120中的电荷并根据存储在电容器120中的电荷来控制可控开关200。根据前端电子电路的可能实施例，控制电路500被配置为当控制电路500检测到存储在电容器120中的电荷超过阈值Vth时将可控开关200从非导通状态切换到导通状态。

延迟电路300具有接收电荷敏感放大器输出信号CS的输入侧。延迟电路300被配置为在延迟电路300的输入侧接收到电荷敏感放大器输出信号CS之后，生成具有第一延迟时间DT1的延迟电路输出信号DS。

图2A示出了控制电路500的可能实现。控制电路500包括第二延迟电路510，从而生成控制信号s1以将可控开关200从非导通状态切换到导通状态，反之亦然。第二延迟电路510被配置为在控制电路500检测到存储在电容器120中的电荷超过阈值Vth之后，生成具有第二延迟时间DT2的控制信号s1。

前端电子电路10a被配置为充当延迟线整形器。也就是说，延迟版本的电荷敏感放大器输出信号，即延迟电路输出信号DS，被从电荷敏感放大器输出信号CS中减去，从而消除了低频分量，例如消除了输入级的泄漏和1/f噪声。延迟时间DT1被选择为足够长，使得确保由输入信号IS引起的在电容器120中对电荷进行完全电荷收集。信号IS可以由被配置为直接转换器的光子检测器20生成。从电荷敏感放大器输出信号CS中减去延迟电路输出信号DS导致输出信号OS具有窄脉冲。因此前端电子电路10a响应于输入信号IS为电流脉冲，生成窄电压脉冲。

如果延迟时间DT1被设置得足够长以适应最坏情况的瞬态响应，则电路10a表现出低弹道亏损。此外，由于相减，电路10a本质上对漏电流不敏感，并且不需要对动态分量进行基线恢复。

前端电子电路10a还配备了由被控制电路500控制的可控开关200所实现的复位拓扑结构。控制电路500包括比较器电路530，该比较器电路530被配置为对电容器120的电压与阈值Vth进行比较。当电容器120的电压超过阈值Vth时，比较器电路530的输出信号改变其状态，使得延迟开始。

这意味着，在检测到输入脉冲IS的能量高于由阈值V_th所确定的脉冲阈值电平并且比较器电路530的输出改变其状态之后，延迟电路510触发延迟。其结果是，在比较器电路530的输出将其值改变以使可控开关200切换为导通状态之后，由延迟电路510生成控制信号s1，其延迟时间为DT2。

总之，在经过了延迟时间DT2后，电容器120通过在导通状态下操作的可控开关200放电而使反馈电容器120复位。由于用于延迟电路510的触发是高于基线的阈值，因此当脉冲开始时，可以将延迟时间DT2选择为短于或等于瞬态延迟时间DT1，以最大化计数率能力。

前端电子电路10a允许响应于输入电流脉冲IS而生成脉冲形输出信号OS(例如电压脉冲)。可控开关200最初在非导通/开路状态下工作，使得电容器120响应于施加到输入节点I10的电流脉冲IS而充电。因此，输出信号OS具有上升沿。在经过了延迟时间DT1后，延迟电路300生成延迟电路输出信号DS。从电荷敏感放大器输出信号CS中减去延迟电路输出信号DS的幅值，使得输出信号脉冲OS现在示出下降沿。

一旦存储在电容器120中的电荷超过阈值Vth并且已经过延迟时间DT2，控制电路500使可控开关200切换到导通状态，使得电容器120突然放电并且输出信号OS下降到零电平。

图2B示出了前端电子电路10b的实施例，该实施例是对图2A的配置作出的改进修改。如图2B所示，图2A的电路通过第二可控开关600将延迟电路300从输出信号生成电路400断开而进行扩展。输出信号生成电路400具有连接到第二可控开关600的第一输入端I400a，以及连接到放大器电路110的输出侧的第二输入端I400b。第二可控开关600被配置为在第一状态和第二状态下工作，在第一状态下，第二可控开关600将延迟电路300连接到输出信号生成电路400的第一输入端I400a，在第二状态下，第二可控开关600将延迟电路300从输出信号生成电路400的第一输入节点I400a断开，而将第一输入节点I400a连接到参考电位VSS(例如接地电位)。

为了控制第二可控开关600的第一状态和第二状态，控制电路500由控制级520扩展，该控制级520包括第三延迟电路521和触发器(flip-flop)522。控制级520被配置为生成具有第一电平和第二电平的第二控制信号s2，第一电平使第二可控开关600从第一状态切换到第二状态，第二电平使第二可控开关600从第二状态切换到第一状态。控制级520还被配置为在生成第二控制信号s2的第二电平后生成具有第三延迟时间DT3的第二控制信号s2的第一电平。

特别地，触发器522在接收到控制信号s1的状态以将第一可控开关200切换到导通状态后生成第二控制信号s2的第一电平。因此，第二控制开关600被切换到参考电位。在接收到第二控制信号s2的第一电平之后，延迟电路521在延迟时间DT3之后生成输出信号，该输出信号触发触发器522生成第二控制信号s2的第一电平。第二控制信号s2的第一电平使第二可控开关600切换回第一状态，在该第一状态下，第二可控开关600将延迟电路300连接到输出信号生成电路400。

图3示出了图2B的前端电子电路10b的拓扑结构的功能。在光子检测器20上的光子撞击导致生成电流脉冲作为电路10b的输入信号IS。电容器120被充电至最大值并且电荷敏感放大器输出信号CS以及输出信号OS产生上升沿。在经过了延迟时间DT1后，延迟电路输出信号DS被输出信号生成电路400从电荷敏感放大器输出信号CS中减去，使得输出信号OS示出下降沿。在存储在电容器120中的电荷超过由阈值Vth所定义的脉冲阈值之后，延迟电路510生成控制信号s1，使得可控开关200切换到导通状态。因此，电容器120突然放电，并且电荷敏感放大器输出信号CS降至零电平。

根据前端电子电路10b的改进配置，延迟版本的电荷敏感放大器输出信号，即延迟电路输出信号DS，通过可控开关600与输出信号生成电路400断开一段时间，该段时间等于延迟时间DT3。可控开关600是由于反馈电容器120的复位而提供的。如上所述，复位会导致电荷敏感放大器输出信号CS降至零电平。通过信号生成电路400从电荷敏感放大器输出信号CS中减去延迟电路输出信号DS将导致很大的额外下冲，因为延迟版本的电荷敏感放大器输出信号在复位之前仍在传播信号。第二可控开关600确保传播不被考虑，从而消除了额外下冲。

根据优选实施例，第二可控开关600保持为参考电位(例如接地)的持续时间与延迟时间DT2相同，即延迟时间DT2等于延迟时间DT3。在这种情况下，电路10b的输出信号OS将跟随电荷敏感放大器100的复位，而没有下冲。在延迟时间DT3期间，第二可控开关600被强制到参考电位VSS，在图3中延迟时间DT3示出为“消隐(blank)”。

该消隐期间不会干扰堆积行为。复位后，电荷敏感放大器100准备接收下一个脉冲。延迟线被消隐的事实不起任何作用，只要它不干扰瞬态延迟时间DT1本身。

特别令人感兴趣的是撞击光子的能量以及因此输入信号IS的输入电流脉冲如此之低以至于不会触发复位的影响。不过，前端电子电路10a和10b确保此类事件仍由延迟线拓扑结构处理。也就是说，输出信号OS将导致较小脉冲，该较小脉冲非常窄，其除了堆积的可能性之外，不会对能量漂移做出贡献。

图4示出了两个较高能量事件之间的此类事件。例如，图4所示的第二个光子撞击事件只有约6keV，其不超过阈值Vth所定义的脉冲阈值电平，并因此它不会触发复位。不过，在前端电子电路10a和10b中实现的延迟线减法确保脉冲被限制在非常窄的间隔内。如果没有延迟线拓扑结构，电荷敏感放大器100将在电容器120中积累电荷并引起能量基座。因此，高于阈值Vth的下一个脉冲将由于能量基座而表现出错误的能量。

如图2A和2B所示，如果前端电子电路配备有反馈电阻器130，则低能量事件之后可能会产生小的残余下冲。因此，第二个高能量事件将表现出边际误差。然而，必须注意的是，这种残余下冲不会传播到第二个脉冲之外。残余下冲与能量有关。由于这只发生在低于脉冲阈值的脉冲上，因此误差被限制在非常低的能量水平。不过，如上所述，反馈电阻器130是可选的，因此在没有反馈电阻器的情况下，不会存在残余下冲。

总之，前端电子电路10a和10b的各自实施例具有可忽略的弹道亏损，除了脉冲堆积之外，没有与通量有关的能量失真。复位机制的使用可以抑制延迟线整形器的固有下冲。此外，使用延迟线整形器拓扑结构可以防止复位事件导致的能量基座。

由前端电子电路10a和10b生成的输出信号OS本质上不受任何泄漏或时间常数明显大于瞬态延迟的低频分量的影响。由于所提出的前端电子电路10a和10b的配置都配备了复位机制，因此电荷敏感放大器110的饱和不是问题。由泄漏和/或低频分量引起的电荷敏感放大器输出端的任何电压摆动都受到脉冲阈值的限制。如果电荷敏感放大器输出信号CS的电平高于脉冲阈值，电路将自我复位。因此电荷敏感放大器100并不绝对需要反馈电阻器130。

还应该注意的是，复位机制引起的kT/C噪声也会得到补偿，因为它最终将通过减去电荷敏感放大器输出信号CS及其延迟版本DS来消除。

由此产生的前端电子电路10a和10b的计数率能力本质上是非瘫痪(non-paralyzable)的。复位动作和延迟线减法都强制其返回到基线，从而产生非瘫痪特性。

所提出的前端电子电路10a和10b的配置提供了出色的弹道亏损性能。特别是，如果两个输入脉冲具有相同的电荷，但第二个脉冲的时间短10％，那么前端电子电路10a和10b响应于这两个输入脉冲所生成的输出信号OS具有相同的输出幅值，而表现出弹道亏损的前端电子电路响应于输入将提供不同的脉冲幅值，尽管它们具有相同的电荷。

延迟电路300可以通过不同类型的电路来实现，例如具有相移的级联放大器、延时锁相环电路等。瞬态延迟时间DT1通常可以在5纳秒至25纳秒之间，优选在7ns至12ns之间。瞬态延迟时间DT1始终比正常工作的直接转换器像素的最差情况下的瞬态响应长。

阈值Vth所定义的脉冲阈值通常为高于噪声水平的撞击光子的最低可能能级，以防止错误触发，通常为电子器件噪声的三倍至五倍之间。或者，比较器系统的最低阈值通常在20keV至30keV之间，其也可用于检测撞击光子并触发复位。

所提出的前端电子电路10a和10b的配置可用于各种光子计数应用，例如计算机断层扫描、安检、行李检查和任何其他需要高光子计数率和信号稳定性的应用。

图5示出了应用示例，其中在用于医疗诊断的设备1中提供了配备有前端电子电路10a或10b的光子计数电路2。该设备可被配置成，例如X射线装置或计算机断层扫描/计算机断层扫描仪。

为了使读者熟悉该前端电子电路设计的新颖性，对本公开的用于光子计数应用的前端电子电路的实施例进行了讨论。尽管本文已经示出并描述了优选实施例，但本领域技术人员可以对本公开的概念作出许多更改、修改、等同和替换，而不偏离权利要求的范围。

特别地，用于光子计数应用的前端电子电路的设计并不限于所公开的实施例，对于所讨论的实施例中所包括的特征可以给出许多替代的示例。但是，对本公开的概念所作出的任何修改、等同和替换都包括在所附权利要求的范围之内。

在单独的从属权利要求中所列举的特征可以有利地组合在一起。此外，权利要求中所使用的参考标志不应被解释为用来限制权利要求的范围。

此外，如本文所用，术语“包括”并不排除其它元素。此外，如本文所用，词语“一个”意在包括一个或更多个组件或元素，并且不应被解释为仅指一个。

该专利申请要求德国专利申请No.102020129875.7的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

附图标记说明

1 用于医疗诊断的设备

2 光子计数电路

10 前端电子电路

20 光子检测器

21 光子敏感区域

30 能量鉴别器

100 电荷敏感放大器

110 放大器电路

120 电容器

130 电阻器

200 可控开关

300 延迟电路

400 输出信号生成电路

500 控制电路

510 延迟电路

520 控制级

521 延迟电路

522 触发器

530 比较器

600 可控开关

Claims

1.一种用于光子计数应用的前端电子电路，包括：

-提供输出信号(OS)的输出节点(O10)，

-接收输入信号(IS)的输入节点(I10)，

-包括放大器电路(110)和电容器(120)的电荷敏感放大器(100)，所述放大器电路(110)具有耦合到所述输入节点(I10)的输入侧和提供电荷敏感放大器输出信号(CS)的输出侧，所述电容器(120)被布置在所述放大器电路(110)的输入侧与输出侧之间的反馈路径中，

-与所述电容器(120)并联布置的可控开关(200)，

-提供延迟电路输出信号(DS)的延迟电路(300)，所述延迟电路输出信号(DS)是所述电荷敏感放大器输出信号(CS)的时间延迟表示，

-输出信号生成电路(400)，其耦合到所述输出节点(O10)以提供所述输出信号(OS)，

-其中，所述输出信号生成电路(400)被配置成通过从所述电荷敏感放大器输出信号(CS)中减去所述延迟电路输出信号(DS)来生成所述输出信号(OS)。

2.根据权利要求1所述的前端电子电路，

-其中，所述延迟电路(300)具有接收所述电荷敏感放大器输出信号(CS)的输入侧，

-其中，所述延迟电路(300)被配置为在所述延迟电路(300)的输入侧接收到所述电荷敏感放大器输出信号(CS)后生成具有第一延迟时间(DT1)的延迟电路输出信号(DS)。

3.根据权利要求1或2所述的前端电子电路，

其中，所述电荷敏感放大器(110)和所述电容器(120)被布置成使得当所述输入信号(IS)形成为电流脉冲时，电荷被存储在所述电容器(120)中，所述电荷与所述输入信号(IS)的电流脉冲有关。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的前端电子电路，

-其中，所述可控开关(200)在非导通状态和导通状态下工作，

-其中，所述可控开关(200)和所述电容器(120)被布置成使得当所述可控开关(200)在非导通状态下工作时，所述电容器(120)充电，并且当所述可控开关(200)在导通状态下工作时，所述电容器(120)放电。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的前端电子电路，包括：

控制电路(500)，其被配置成监测存储在所述电容器(120)中的电荷并根据存储在所述电容器(120)中的电荷来控制所述可控开关(200)。

6.根据权利要求5所述的前端电子电路，

其中，所述控制电路(500)被配置成当所述控制电路(500)检测到存储在所述电容器(120)中的电荷超过阈值时，经过延迟后将所述可控开关(200)从非导通状态切换到导通状态。

7.根据权利要求5或6所述的前端电子电路，

-其中，所述控制电路(500)包括生成控制信号(S1)的第二延迟电路(510)，所述控制信号(S1)将所述可控开关(200)从非导通状态切换到导通状态，

-其中，所述第二延迟电路(510)被配置成在所述控制电路(500)检测到存储在所述电容器(120)中的电荷超过阈值(Vth)之后生成具有第二延迟时间(DT2)的控制信号(S1)。

8.根据权利要求7所述的前端电子电路，

其中，所述延迟电路(300)和所述第二延迟电路(510)被配置成使得所述第二延迟时间(DT2)短于或等于所述第一延迟时间(DT1)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的前端电子电路，包括：

-第二可控开关(600)，其将所述延迟电路(300)与所述输出信号生成电路(400)断开，

-其中，所述输出信号生成电路(400)具有连接到所述第二可控开关(600)的第一输入端(I400a)和连接到所述电荷敏感放大器电路(110)的输出侧的第二输入端(I400b)。

10.根据权利要求9所述的前端电子电路，

其中，所述第二可控开关(600)被配置为在第一状态和第二状态下工作，在第一状态下，所述第二可控开关(600)将所述延迟电路(300)连接到所述输出信号生成电路(400)的第一输入端(I400a)，在第二状态下，所述第二可控开关(600)将所述延迟电路(300)与所述输出信号生成电路(400)的第一输入节点(I400a)断开，并将所述输出信号生成电路(400)的第一输入节点(I400a)连接到参考电位(VSS)。

11.根据权利要求9或10所述的前端电子电路，

-其中，所述控制电路(500)包括生成第二控制信号(S2)的控制级(520)，所述第二控制信号(S2)具有第一电平和第二电平，所述第一电平将所述第二可控开关(600)从第一状态切换到第二状态，所述第二电平将所述第二可控开关(600)从第二状态切换到第一状态，

-其中，所述控制级(520)被配置为在生成所述第二控制信号(S2)的第二电平之后生成具有第三延迟时间(DT3)的所述第二控制信号(S2)的第一电平。

12.根据权利要求11所述的前端电子电路，

其中，所述第三延迟电路(520)被配置成使得所述第三延迟时间(DT3)等于或长于所述第二延迟时间(DT2)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的前端电子电路，

其中，所述积分器电路(100)包括与所述电容器(120)并联连接的电阻器(130)。

14.一种光子计数电路，包括：

-根据权利要求1至13中任一项所述的前端电子电路(10)，

-具有光子敏感区域(21)的光子检测器(20)，所述光子检测器(20)被配置为当光子撞击所述光子敏感区域(21)时生成电流脉冲(Ipulse)，

-连接到所述前端电子电路(10)的输出节点(A10)的能量鉴别器(30)，

-其中，所述光子检测器(20)连接到所述前端电子电路(10)的输入节点(I10)，使得当光子撞击所述光子检测器(20)的光子敏感区域(21)时将所述光子检测器电路(20)生成的电流脉冲(Ipulse)施加到所述前端电子电路(10)的输入节点(I10)上，

-其中，所述前端电子电路(10)被配置为当所述电流脉冲(Ipulse)施加到所述前端电子电路(10)的输入节点(I10)上时，在所述前端电子电路(10)的输出节点(A10)处生成电压脉冲(Vpulse)，

-其中，所述能量鉴别器(30)被配置成根据所述电压脉冲(Vpulse)的电平生成数字信号。

15.一种用于医疗诊断的设备，包括：

-根据权利要求14所述的光子计数电路(2)，

-其中，所述设备(1)被配置为X射线装置或计算机断层扫描。