PL230106B1 - Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detector - Google Patents
Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detectorInfo
- Publication number
- PL230106B1 PL230106B1 PL415948A PL41594816A PL230106B1 PL 230106 B1 PL230106 B1 PL 230106B1 PL 415948 A PL415948 A PL 415948A PL 41594816 A PL41594816 A PL 41594816A PL 230106 B1 PL230106 B1 PL 230106B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- value
- amplifier
- pulses
- output
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009607 mammography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego oraz układ wzmacniający przeznaczony do szybkiego formowania impulsów z detektora jonizującego. Sposób formowania impulsów detektora promieniowania jonizującego polega na tym, że za pośrednictwem komparatora (K) napięcia porównuje się wartość amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza (W) z wartością sygnału źródła napięcia odniesienia (R) i każdorazowo, po przekroczeniu wartości sygnału odniesienia do wejścia wzmacniacza (W) wprowadza się, za pośrednictwem generatora impulsów (GI), porcję ładunku elektrycznego. Układ do szybkiego formowania impulsów z detektora jonizującego ma komparator napięcia (K) dołączony poprzez filtr pasmowy (F) do wyjścia wzmacniacza (W) oraz źródła napięcia odniesienia (R), przy czym wyjście komparatora (K) jest połączone z generatorem impulsów (GI), który jest połączony z wejściem wzmacniacza (W).The subject of the application is a method for rapid formation of pulses from an ionizing radiation detector and an amplification system intended for rapid formation of pulses from an ionizing radiation detector. The method of forming pulses in the ionizing radiation detector is based on the fact that, via a voltage comparator (K), the value of the signal amplitude at the amplifier output (W) is compared with the signal value of the reference voltage source (R) and each time, after exceeding the value of the reference signal, the amplifier input ( W) a portion of electric charge is introduced via a pulse generator (GI). The system for quickly forming pulses from the ionizing detector has a voltage comparator (K) connected through a band filter (F) to the amplifier output (W) and the reference voltage source (R), with the comparator output (K) connected to the pulse generator (GI). , which is connected to the amplifier input (W).
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego oraz układ wzmacniający przeznaczony do szybkiego formowania impulsów z detektora jonizującego.The subject of the invention is a method of rapid formation of pulses from an ionizing radiation detector and an amplification system designed for rapid formation of pulses from an ionizing radiation detector.
Dla wzmacniania słabych sygnałów generowanych w detektorach promieniowania zazwyczaj wykorzystuje się wzmacniacze ładunkowe, które charakteryzują się niskim poziomem szumów, wysoką impedancją wejściową oraz posiadają ekstremalnie małą wartość pojemności wejściowej. Typowe wzmacniacze ładunkowe, zbudowane w oparciu o elementy dyskretne, zawierają w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego element rezystywny o dużej wartości rezystancji. Wysoka wartość rezystancji elementu rezystywnego jest korzystna z uwagi na pożądaną impedancję wejściową, jest również korzystna z uwagi na mniejszą wartość generowanych szumów prądowych. Jednakże w scalonych obwodach monolitycznych realizacja stabilnych rezystorów o wysokiej wartości rezystancji jest trudna i kosztowna. Z tego względu polaryzację stopni wejściowych monolitycznych wzmacniaczy ładunkowych realizuje się za pośrednictwem tranzystorów MOS. Zastosowanie tranzystora MOS jest korzystne, ponieważ jako element aktywny umożliwia kontrolę efektywnej rezystancji kanału.To amplify weak signals generated in radiation detectors, charge amplifiers are usually used, which are characterized by low noise, high input impedance and extremely low input capacitance. Typical charge amplifiers, built on the basis of discrete elements, contain a resistive element with a high resistance value in the negative feedback circuit. A high value of the resistance of the resistive element is advantageous in terms of the desired input impedance, and is also advantageous in terms of the lower value of the generated current noise. However, in integrated monolithic circuits, the implementation of stable resistors with a high resistance value is difficult and expensive. Therefore, the input stages of the monolithic charge amplifiers are biased via MOS transistors. The use of a MOS transistor is advantageous because, as an active element, it enables the effective channel resistance to be controlled.
Przykładowe układy polaryzacji za pośrednictwem tranzystorów MOS zostały ujawnione w przedstawionych poniżej opisach patentowych.Exemplary MOS-mediated polarizations are disclosed in the following patents.
Z amerykańskiego opisu patentowego US 5,793,254 znany jest monolityczny wzmacniacz ładunkowy o dużej czułości zrealizowany w technologii MOS, który zawiera w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego aktywny element o wysokiej rezystancji, który charakteryzuje się wysoką stabilnością.From US 5,793,254 there is known a high sensitivity monolithic charge amplifier made in the MOS technology, which in a negative feedback loop contains an active element with high resistance, which is characterized by high stability.
Z amerykańskiego opisu patentowego US 6,998,913 znany jest monolityczny wzmacniacz ładunkowy, który zawiera aktywny element w obwodzie sprzężenia zwrotnego, który charakteryzuje się zwiększoną liniowością w stosunku do innych podobnych urządzeń, jak również umożliwia kondycjonowanie sygnałów w szerokim zakresie dynamiki.From US Patent No. 6,998,913, a monolithic charge amplifier is known, which includes an active element in the feedback circuit, which is characterized by increased linearity in relation to other similar devices, as well as allowing signal conditioning over a wide dynamic range.
W rozwiązaniu według US 5,793,254, gdzie tranzystor MOS pełni funkcję wysoko - rezystywnego elementu polaryzującego stopień wejściowy wzmacniacza ładunkowego, konieczne jest zapewnienie precyzyjnego doboru wartości napięcia polaryzacji, ponieważ przewodność kanału tranzystora MOS jest silnie zależna od wartości napięcia bramka - źródło. Dlatego dla utrzymania odpowiedniej polaryzacji wspomnianego elementu aktywnego, w układzie wzmacniacza zastosowano obwód polaryzujący zbudowany z tranzystorów MOS o identycznych wymiarach geometrycznych (repliki) jak tranzystory dołączone do wejścia wzmacniacza ładunkowego. Zwiera on tranzystor MOS z kanałem typu N i tranzystor MOS z kanałem typu P, których zadaniem jest kompensacja napięcia polaryzującego tranzystor stopnia wejściowego wzmacniacza ładunkowego oraz kompensacja napięcia polaryzacji tranzystora pełniącego funkcję wysoko - rezystywnego elementu polaryzującego stopień wejściowy wzmacniacza. Innymi słowy, aby kompensacja była skuteczna odpowiednie tranzystory po stronie układu wejściowego wzmacniacza i obwodu polaryzującego winne symultanicznie i w jednakowy sposób reagować na zmiany czynników środowiskowych (e.g. temperatura) jak również na ewentualne procesy starzeniowe. Kolejną niedogodnością obwodu według US 5,793,254 jest ograniczony zakres dynamiki sygnałów wyjściowych, wynikający z nieuchronnej nieliniowości tranzystora MOS pełniącego funkcję wysoko - rezystywnego elementu polaryzującego. Problem nieliniowości wzmacniacza został naprawiony w rozwiązaniu według US 6,998,913, gdzie tranzystor MOS pełniący funkcję wysoko - rezystywnego elementu polaryzującego stopień wejściowy jest sterowany za pośrednictwem sygnału wyjściowego wzmacniacza ładunkowego. Ten obwód charakteryzuje się wysoką liniowością dla szerokiego zakresu sygnałów wejściowych, zapewnia także automatyczną kompensację prądów upływu i niski poziom szumów dla małych częstotliwości. Obwód doskonale nadaje się do przetwarzania sygnałów w zakresie niskich częstotliwości, natomiast trudny jest dobór i dostrojenie elementów dla zakresu średnich i wyższych częstotliwości. Jest to konsekwencją zastosowania w obwodzie dwóch pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, które można nazwać odpowiednio: pętlą krótką - AC i pętlą długą - DC. Pętla krótka AC zawiera tylko jeden element - kondensator C, łączący wyjście pierwszego stopnia wzmacniacza z jego wejściem, natomiast pętla długa - DC zawiera tranzystor PMOS oraz dwa tranzystory NMOS stanowiące zwierciadło prądowe. Ponadto, dren tranzystora PMOS jest połączony z elementem inercyjnym, który stanowi wiele pojemności bramka - źródło tranzystorów NMOS kolejnego stopnia wzmacniacza. Z uwagi na fakt, że pętla długa - DC zawiera elementy inercyjne (pojemności bramka - źródło tranzystorów) jest rzeczą oczywistą, że sygnały wprowadzone przez obie pętle do wejścia wzmacniacza posiadają różne wartości przesunięć fazowych, które dodatkowo ulegają zmianie w funkcji częstotliwości. Innymi słowy,In the solution according to US 5,793,254, where the MOS transistor acts as a high-resistive biasing element for the input stage of the charge amplifier, it is necessary to ensure a precise selection of the bias voltage value, since the channel conductivity of the MOS transistor is strongly dependent on the value of the gate-source voltage. Therefore, in order to maintain the appropriate polarization of the said active element, the amplifier circuit uses a polarizing circuit made of MOS transistors with identical geometric dimensions (replicas) as the transistors connected to the input of the charge amplifier. It comprises an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor to compensate for the bias voltage of the transistor of the charge amplifier input stage and to compensate for the bias voltage of the transistor acting as a high-resistive element biasing the input stage of the amplifier. In other words, for the compensation to be effective, the respective transistors on the side of the amplifier input circuit and the polarizing circuit should simultaneously and in the same way react to changes in environmental factors (e.g. temperature) as well as to possible aging processes. A further disadvantage of the circuit of US 5,793,254 is the limited dynamic range of the output signals, due to the inevitable non-linearity of the MOS transistor acting as a high-resistive biasing element. The problem of non-linearity of the amplifier has been fixed in the solution according to US 6,998,913 where the MOS transistor acting as the high resistive biasing element of the input stage is controlled via the output signal of the charge amplifier. This circuit is highly linear for a wide range of input signals, also provides automatic leakage current compensation and low noise at low frequencies. The circuit is perfect for processing signals in the low frequency range, while it is difficult to select and fine-tune elements for the medium and higher frequency range. This is a consequence of the use of two negative feedback loops in the circuit, which can be called respectively: short loop - AC and long loop - DC. The short AC loop contains only one element - the capacitor C, connecting the output of the first stage of the amplifier with its input, while the long loop - DC contains the PMOS transistor and two NMOS transistors constituting the current mirror. Moreover, the drain of the PMOS transistor is connected to an inertial element which is a multi-capacitance gate - the source of the NMOS transistors of the next amplifier stage. Due to the fact that the long loop - DC contains inertial elements (capacitance gate - source of transistors), it is obvious that the signals introduced by both loops to the input of the amplifier have different values of phase shifts, which additionally change as a function of frequency. In other words,
PL 230 106 B1 można przewidzieć, że inna będzie reakcja obwodu na sygnał o wyższej częstotliwości, aniżeli na sygnał, którego częstotliwość jest bliska 0 Hz. Warto również znaczyć, że znacznie różnią się wartości impedancji wejściowej wzmacniacza dla sygnałów bliskich DC, który opisuje funkcja: Zwe=I/gm*Ku (mała wartość), natomiast dla zakresu wyższych częstotliwości, wartość impedancji wejściowej jest zależna od częstotliwości, Zwe=l/jroC*Ku, gdzie: Ku - wzmocnienie pierwszego stopnia wzmacniacza, gm - transkonduktancja tranzystora PMOS, C - wartość pojemności w pętli sprzężenia zwrotnego.It can be envisaged that the circuit's response to a higher frequency signal will be different to that of a signal whose frequency is close to 0 Hz. It is also worth noting that the input impedance values of the amplifier for signals close to DC differ significantly, which is described by the function: Zwe = I / gm * Ku (small value), while for the higher frequency range, the input impedance value depends on the frequency, Zwe = l / jroC * Ku, where: Ku - gain of the first stage of the amplifier, gm - transconductance of the PMOS transistor, C - capacitance value in the feedback loop.
Silna zależność wartości wzmocnienia od częstotliwości sygnału wejściowego sprawia, że obwód według US 6,998,913 nie nadaje się do przetwarzania sygnałów średnich i wyższych częstotliwości.The strong dependence of the gain value on the frequency of the input signal makes the circuit of US 6,998,913 unsuitable for processing medium and high frequency signals.
Wysoka wartość rezystancji w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego sprawia, że wzmacniacz monopolarnych impulsów elektrycznych zazwyczaj pracuje w trybie integratora, czyli sekwencja dodatnich impulsów wprowadzonych na wejście powoduje, że napięcie wyjściowe wzmacniacza stopniowo maleje. W typowym obwodzie wzmacniacza ładunkowego element rezystywny Z pełni trzy istotne funkcje: stałoprądową polaryzację wzmacniacza, kompensację prądu pobieranego przez detektor oraz zabezpiecza przed przeładowaniem integratora. Jednakże dla niektórych aplikacji oczekuje się, aby przy zachowaniu wysokiej wartości wzmocnienia wzmacniacz jednocześnie posiadał możliwość adaptacji do sygnałów o wysokiej amplitudzie lub zwiększonej częstotliwości repetycji, ponieważ wówczas element rezystywny Z może nie nadążyć z odprowadzaniem ładunku; w konsekwencji integrator zostanie przesterowany, wzmacniacz przestanie reagować na kolejne impulsy wejściowe. W typowych układach jedynym sposobem rozwiązania tego problemu jest zmniejszenie wartości elementu rezystywnego Z. Takie rozwiązanie sprawia, że poprawę jednego parametru uzyskuje się kosztem innego, ponieważ dla zwiększenia zakresu dynamiki, czyli amplitudy i częstotliwości impulsów wejściowych konieczne jest zmniejszenie wartości wzmocnienia wzmacniacza i jednocześnie zwiększenie mocy generowanych szumów.Due to the high resistance value in the negative feedback loop, the monopolar electric pulse amplifier usually works in integrator mode, i.e. the sequence of positive pulses applied to the input causes the output voltage of the amplifier to gradually decrease. In a typical charge amplifier circuit, the Z resistive element performs three important functions: DC bias of the amplifier, compensation of the current drawn by the detector, and protection against overcharging of the integrator. However, for some applications, the amplifier is expected to be able to adapt to high amplitude signals or increased repetition rate while maintaining a high gain value, since then the Z resistive element may not be able to keep up with the discharge of charge; as a consequence, the integrator will be overloaded, the amplifier will stop responding to subsequent input pulses. In typical circuits, the only way to solve this problem is to reduce the value of the resistive element Z. This solution results in the improvement of one parameter at the expense of another, because in order to increase the dynamic range, i.e. the amplitude and frequency of the input pulses, it is necessary to reduce the amplifier's gain value and at the same time increase the power generated noise.
Wymienione niedogodności zostały zminimalizowane w rozwiązaniu według wynalazku.The mentioned disadvantages have been minimized in the solution according to the invention.
Istotą wynalazku jest sposób szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego, w którym, za pośrednictwem komparatora napięcia porównuje się wartość amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza z wartością sygnału odniesienia i każdorazowo, po przekroczeniu wartości sygnału źródła napięcia odniesienia do wejścia wzmacniacza wprowadza się, za pośrednictwem generatora impulsów, porcję ładunku elektrycznego. Wartość porcji ładunku ustala się poprzez dobór amplitudy i czasu trwania impulsu prądowego. Czas trwania impulsu prądowego ustala się w oparciu o sygnał z komparatora, przy czym ostateczna wartość czasu trwania jest pomniejszona o wartość czasu opóźnienia przy załączaniu (tdOn) i powiększona o wartość czasu opóźnienia przy wyłączaniu (tdOff).The essence of the invention is a method of rapid formation of pulses from an ionizing radiation detector, in which, by means of a voltage comparator, the value of the signal amplitude at the amplifier's output is compared with the value of the reference signal and each time, after the signal value of the reference source is exceeded, the input of the amplifier is fed through the generator pulses, a portion of the electric charge. The value of the charge portion is determined by selecting the amplitude and duration of the current pulse. The duration of the current pulse is determined based on the signal from the comparator, the final value of the duration being reduced by the value of the switch-on delay time (tdOn) and increased by the value of the switch-off delay time (tdOff).
Układ szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego ma komparator napięcia dołączony poprzez filtr pasmowy do wyjścia wzmacniacza oraz źródła odniesienia, przy czym wyjście komparatora jest połączone z generatorem impulsów, który jest połączony z wejściem wzmacniacza.The rapid pulse forming system of the ionizing radiation detector has a voltage comparator connected through a bandpass filter to the amplifier output and the reference source, the comparator output being connected to a pulse generator which is connected to the amplifier input.
Rozwiązanie według wynalazku zabezpiecza obwód wzmacniacza przed przesterowaniem i jednocześnie, dzięki skróceniu czasu trwania impulsów wyjściowych, umożliwia recepcję większej liczby impulsów w jednostce czasu. Dodatkową zaletą rozwiązania według wynalazku jest szeroki zakres tolerancji dla elementu rezystywnego Z polaryzującego wejście wzmacniacza.The solution according to the invention protects the amplifier circuit against clipping and, at the same time, thanks to the shortening of the duration of the output pulses, it enables the reception of a greater number of pulses per time unit. An additional advantage of the solution according to the invention is the wide tolerance range for the Z resistive element polarizing the input of the amplifier.
Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego, według wynalazku. Fig. 2 przedstawia przebiegi czasowe dla impulsów prądowych z detektora (lin); impulsów prądowych (Igi) generowanych przez generator impulsów GI oraz przebieg zmian napięcia wyjściowego w odpowiedzi na impulsy wejściowe. Na wykresie oznaczono opóźnienia czasowe dla impulsów prądowych. Dodatkowo, liniami kropkowanymi oznaczono hipotetyczne przebiegi wyjściowe wzmacniacza W, który nie jest wyposażony w dodatkowy obwód umożliwiający przyspieszenie procesu rozładowania kondensatora C.Figure 1 shows a block diagram of a rapid pulse forming system for an ionizing radiation detector according to the invention in an exemplary embodiment. Fig. 2 shows the timing for the current pulses from the detector (lines); current pulses (Igi) generated by the pulse generator GI and the course of changes in the output voltage in response to the input pulses. The graph shows the time delays for the current pulses. Additionally, dotted lines mark the hypothetical output waveforms of the amplifier W, which is not equipped with an additional circuit enabling the acceleration of the discharge process of the capacitor C.
Układ szybkiego formowania impulsów z detektora promieniowania jonizującego ma wzmacniacz prądu stałego W, którego wyjście jest połączone z wejściem za pośrednictwem kondensatora C, do którego, dołączono również element rezystywny Z. Ponadto, wyjście wzmacniacza W poprzez filtr pasmowy F jest połączone z wejściem komparatora K, którego drugie wejście jest dołączone do źródła napięcia odniesienia R, natomiast wyjście komparatora K jest połączone z generatorem impulsów GI, którego wyjście jest połączone z wejściem wzmacniacza W.The high-speed pulse forming system from the ionizing radiation detector has a DC amplifier W, the output of which is connected to the input via a capacitor C, to which a resistive element Z is also connected. In addition, the output of the amplifier W through the bandpass filter F is connected to the input of the comparator K, the second input of which is connected to the reference voltage source R, while the output of the comparator K is connected to a pulse generator GI whose output is connected to the input of the amplifier W.
PL 230 106 B1PL 230 106 B1
Przedstawiony główny tor przetwarzania sygnałów składa się z wzmacniacza W, który w pętli sprzężenia zwrotnego ma kondensator C oraz element Z. Wzmacniacz W w połączeniu z kondensatorem C pracuje w konfiguracji wzmacniacza ładunkowego. Element Z zapewnia stałoprądowe sprzężenie zwrotne dla wzmacniacza W. Duża wartość rezystancji elementu Z sprawia, że kontrybucja szumów pochodzących z tego elementu ma niewielki wpływ na sumaryczną moc szumów generowanych w obwodzie całego wzmacniacza. Jednakże, przy dużej wartości rezystancji elementu Z, sygnał wyjściowy będący odpowiedzią na impuls detektora ulega silnemu wydłużeniu, co utrudnia prawidłową recepcję i konwersję kolejnych impulsów detektora. Przykładowe wydłużone impulsy wyjściowe dla dwóch dużych wartości Z przedstawiono na Fig. 2 linią kropkowaną (Z1; Z2). Wydłużone impulsy wyjściowe na wyjściu wzmacniacza W utrudniają recepcję i prawidłowe rozpoznanie kolejnych impulsów z, detektora. Dzięki zastosowaniu układu przyśpieszającego proces rozładowania, poprzez wprowadzenie do wejścia wzmacniacza W impulsów prądowych o przeciwnej polaryzacji, dokonuje się skrócenia czasu trwania impulsów wyjściowych. Proces kompresji czasu trwania impulsu wyjściowego jest inicjowany przez komparator K, który porównuje sygnał wyjściowy wzmacniacza W z sygnałem źródła napięcia odniesienia R i w przypadku, gdy amplituda sygnału wyjściowego jest większa od poziomu referencyjnego źródła napięcia odniesienia R uruchamia generator impulsów GI, który dostarcza prąd o przeciwnej polaryzacji do wejścia wzmacniacza W. W odpowiedzi, po czasie tdOn, który jest niezbędny do przetworzenia wartości amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza W przez dalsze bloki, następuje przyspieszenie procesu rozładowania kondensatora C. Z chwilą, gdy amplituda sygnału wyjściowego wzmacniacza W jest mniejsza od poziomu referencyjnego źródła napięcia odniesienia R następuje rozpoczęcie procesu deaktywacji źródła prądowego generatora impulsów GI; jednakże proces wyłączenia prądu generatora impulsów GI jest realizowany z opóźnieniem tdOff. Wartość tego czasu opóźnienia ustala dodatkowy obwód cyfrowy, stanowiący integralną część prądowego generatora impulsów Gl tak, aby po upływie czasu tdOff wartość amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza była bliska 0 V. Ponieważ wartość amplitudy na wyjściu wzmacniacza W jest wprost proporcjonalna do wartości ładunku z detektora, natomiast generator impulsów GI dostarcza, w przybliżeniu, stałą wartość prądu, również czas dochodzenia sygnału wyjściowego wzmacniacza W do poziomu referencyjnego źródła napięcia odniesienia R jest proporcjonalny do wartości ładunku. Tym samym, sumaryczny czas trwania impulsu rozładowującego (będący sumą czasu dochodzenia sygnału wyjściowego wzmacniacza W do poziomu referencyjnego źródła napięcia odniesienia R oraz czasu opóźnienia przy wyłączaniu (tdOff) pomniejszonego o wartość czasu opóźnienia przy załączaniu (tdOn)) jest proporcjonalny do wartości ładunku wprowadzonego na wejście wzmacniacza.The presented main signal processing path consists of the amplifier W, which in the feedback loop has the capacitor C and the element Z. The amplifier W in conjunction with the capacitor C works in the configuration of the charge amplifier. The element Z provides DC feedback for the amplifier W. The high value of the resistance of element Z means that the contribution of noise from this element has little effect on the total noise power generated in the circuit of the entire amplifier. However, with a high value of the resistance of the element Z, the output signal in response to the detector pulse is strongly elongated, which hinders the correct reception and conversion of subsequent detector pulses. Exemplary extended output pulses for two large Z values are shown in Fig. 2 by a dotted line (Z1; Z2). Extended output pulses at the output of the amplifier W make it difficult to receive and correctly recognize successive pulses from the detector. Thanks to the application of a circuit accelerating the discharge process, by introducing current pulses of opposite polarity into the amplifier input W, the duration of the output pulses is shortened. The output pulse duration compression process is initiated by the comparator K, which compares the output of the amplifier W with the signal of the reference voltage source R and, in the event that the amplitude of the output signal is greater than the level of the reference voltage source R, starts the pulse generator GI, which supplies the opposite current. polarization to the input of the amplifier W. In response, after the time tdOn, which is necessary to convert the value of the amplitude of the signal at the output of the amplifier W by further blocks, the process of discharging the capacitor C is accelerated. As soon as the amplitude of the output signal of the amplifier W is lower than the reference level reference voltage source R, the deactivation process of the current source of the pulse generator GI is started; however, the process of turning off the pulse generator current GI is carried out with a delay tdOff. The value of this delay time is set by an additional digital circuit, which is an integral part of the current pulse generator Gl, so that after the time tdOff has elapsed, the value of the signal amplitude at the output of the amplifier is close to 0 V. Since the amplitude value at the output of the amplifier W is directly proportional to the value of the charge from the detector, while the pulse generator GI provides an approximately constant current value, also the time of reaching the output signal of the amplifier W to the reference level of the reference voltage source R is proportional to the value of the charge. Thus, the total duration of the discharge pulse (being the sum of the time of reaching the output signal of the amplifier W to the level of the reference source of the reference voltage R and the off delay time (tdOff) minus the value of the delay time at switching on (tdOn)) is proportional to the value of the charge introduced on amplifier input.
Dzięki zastosowaniu impulsowego sposobu odprowadzania nadmiarowego ładunku z integratora według wynalazku uzyskuje się:By using the impulse method of removing excess charge from the integrator according to the invention, the following is achieved:
- zwiększenie zakresu dynamiki przetwarzanych sygnałów,- increasing the dynamic range of the processed signals,
- przystosowanie układu wzmacniacza do odbioru i przetwarzania większej liczby impulsów w jednostce czasu.- adapting the amplifier circuit to receive and process a larger number of pulses per unit time.
- zwiększenie zakresu tolerancji dla wartości rezystancji elementu rezystywnego Z,- increasing the tolerance range for the resistance value of the resistive element Z,
- zmniejszenie mocy generowanych szumów.- reducing the power of generated noise.
P r z y k ł a d w y k o n a n i a:P r z o l a d e c o n a n i a:
Prototypową matrycę wzmacniaczy monopolarnych impulsów elektrycznych wykonano w technologii CMOS. Wymiary pojedynczego wzmacniacza: 25 gm x 50 gm.The prototype matrix of monopolar electric pulse amplifiers was made in CMOS technology. Single amplifier dimensions: 25gm x 50gm.
Podstawowe parametry:Basic parameters:
- wzmocnienie: 50 gV/elektron,- gain: 50 gV / electron,
- szum: < 250 el. rms,- noise: <250 el. rms,
- napięcie zasilania: 0.8-1.2 V,- supply voltage: 0.8-1.2 V,
- pobór mocy: 25 gW,- power consumption: 25 gW,
- max częstotliwość impulsów wejściowych > 5 MHz- max frequency of input pulses> 5 MHz
P r z y k ł a d y z a s t o s o w a n i a:P r z y k ł a d y z a s t o s o w a n i a:
- pomiary struktury materiałów z wykorzystaniem dyfraktometrów przy pracy z dużym natężeniem promieniowania X,- measurements of the structure of materials with the use of diffractometers while working with high intensity of X-rays,
- pomiary z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego, np. w celu badania dynamiki procesów o krótkich stałych czasowych,- measurements with the use of synchrotron radiation, e.g. to study the dynamics of processes with short time constants,
- diagnostyka medyczna (np. mammografia, tomografia komputerowa),- medical diagnostics (e.g. mammography, computed tomography),
- prześwietlanie bagaży na lotniskach, monitorowanie jakości procesów produkcyjnych.- screening luggage at airports, monitoring the quality of production processes.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL415948A PL230106B1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL415948A PL230106B1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL415948A1 PL415948A1 (en) | 2017-07-31 |
| PL230106B1 true PL230106B1 (en) | 2018-09-28 |
Family
ID=59383742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL415948A PL230106B1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230106B1 (en) |
-
2016
- 2016-01-28 PL PL415948A patent/PL230106B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL415948A1 (en) | 2017-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9647618B1 (en) | System and method for controlling common mode voltage via replica circuit and feedback control | |
| JP2017528994A5 (en) | ||
| KR20110028087A (en) | Cmos variable gain amplifier | |
| KR102150503B1 (en) | Fully differential signal system including common mode feedback circuit | |
| EP3375095A2 (en) | Variable gain amplifier with improved power supply noise rejection | |
| US7893768B2 (en) | Automatic gain control | |
| KR100462467B1 (en) | Variable gain amplifier circuitry in automatic gain control | |
| EP1435693A1 (en) | Amplification circuit | |
| EP3360249A1 (en) | Amplification device incorporating limiting | |
| US7528658B2 (en) | Threshold voltage compensation for a two stage amplifier | |
| PL230106B1 (en) | Method and the system for quick forming of pulses from the ionizing radiation detector | |
| US6600301B1 (en) | Current shutdown circuit for active bias circuit having process variation compensation | |
| CN108982953B (en) | Low power compact peak detector with improved accuracy | |
| US9362898B2 (en) | RF power detector and detection method | |
| US10236851B2 (en) | Wide bandwidth variable gain amplifier and exponential function generator | |
| US7633343B2 (en) | Fully differential amplifier | |
| US20130082780A1 (en) | Accuracy power detection unit | |
| US11949381B2 (en) | Power supply and method of operating a power amplifier | |
| KR20180092706A (en) | Envelope detector circuit | |
| US20220352856A1 (en) | Bias circuit, amplifier, and bias voltage controlling method | |
| US10644663B1 (en) | Low power radio frequency signal detector | |
| CN109976436B (en) | Voltage detector and communication circuit | |
| CN111669137B (en) | Self-adaptive variable gain delay amplifier | |
| CN112019174B (en) | signal processing circuit | |
| Zhou et al. | 10ns start-up techniques for a duty cycled impulse radio receiver |