CN112149787A - 基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数***。所述基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置包括：探测器、放大电路、门限判别电路和计数电路。探测器用于接收X射线并输出与X射线的能量相关的电荷量。放大电路用于根据电荷量输出对应的电压值。放大电路的输入端与探测器的输出端连接。放大电路包括放大器和反馈电容。反馈电容与放大器并联连接。门限判别电路的输入端与放大电路的输出端电连接。门限判别电路用于接收电压值，并根据电压值确定是否输出触发信号。计数电路用于根据触发信号对电压值进行量化与计数。计数电路的第一输入端与门限判别电路的输出端连接。计数电路的第二输入端与放大电路的输出端连接。

Description

基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数***

技术领域

本申请涉及计算机断层成像设备技术领域，特别是涉及基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数***。

背景技术

计算机断层成像设备(CT)中，球管产生的X射线的能量分布是连续的。传统基于闪烁体电荷积分型探测器，采集的是穿过被扫描体的混合射线能量的平均信息。所以，根据传统探测器获得数据重建得到的常规图像体现的也是混合能量的平均效应。

而混合能量X射线成像具有射线硬化、金属伪影等由于物质对X射线吸收不均匀或物质密度不均匀引起的伪影。能量CT的出现很好地解决了传统CT中遇到的问题，通过鉴别穿过被扫描体的X射线的能量等级，计算出被扫描体的等效原子系数，实现物质识别。

目前，能量CT中的基于阻容反馈电荷灵敏放大电路，通常会采用较大阻值的反馈电阻，这样不仅增加了该放大电路中电容的放电时间，导致计数率降低，还增加了电路噪声。

发明内容

基于此，有必要针对现有CT中的基于阻容反馈电荷灵敏放大电路，通常会采用较大阻值的反馈电阻，不仅增加了该放大电路中电容的放电时间，导致计数率降低，还增加了电路噪声的问题，提供一种基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数***。

一种基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，包括：

探测器，用于接收X射线并输出与所述X射线的能量相关的电荷量；

放大电路，用于根据所述电荷量输出对应的电压值，所述放大电路的输入端与所述探测器的输出端连接，所述放大电路包括放大器和反馈电容，所述反馈电容与所述放大器并联连接；

门限判别电路，所述门限判别电路的输入端与所述放大电路的输出端电连接，并根据所述电压值确定是否输出触发信号；以及

计数电路，用于根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数，所述计数电路的第一输入端与所述门限判别电路的输出端连接，所述计数电路的第二输入端与所述放大电路的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述放大电路还包括：

复位开关，所述放大器的第一端、所述反馈电容的第一端、所述复位开关的第一端共接至所述探测器的输出端，所述放大器的第二端接地，所述放大器的输出端与所述反馈电容的第二端、所述复位开关的第二端和所述门限判别电路的输入端共接。

在其中一个实施例中，在预设周期内当所述计数电路接收到所述触发信号时，所述计数电路基于预设延时时间对所述电压值进行量化与计数，且完成一次量化与计数则所述放大电路复位并重新接收所述电荷量。

在其中一个实施例中，所述放大电路还包括：

电容开关，所述电容开关的第一端与所述反馈电容的第二端电连接，所述电容开关的第二端与所述放大器的第一端电连接。

在其中一个实施例中，所述电容开关的数量与所述反馈电容的数量相同，且所述电容开关与所述反馈电容一一对应电连接。

在其中一个实施例中，所述放大电路输出的所述电压值与所述电荷量成正比。

在其中一个实施例中，所述门限判别电路包括：

第一比较器，所述第一比较器的第一端与所述放大电路的输出端电连接，所述第一比较器的第二端用于获取预设电压阈值，所述第一比较器的输出端与所述计数电路电连接；

所述第一比较器用于将所述电压值与所述预设电压阈值进行比较，若所述电压值大于或等于所述预设电压阈值，则所述第一比较器输出所述触发信号至所述计数电路。

在其中一个实施例中，所述计数电路包括：

定时驱动器，与所述门限判别电路电连接，当所述定时驱动器接收到所述触发信号时，所述定时驱动器开始计时并在到达所述预设延时时间时输出驱动信号；

比较电路，分别与所述定时驱动器和所述放大电路的输出端电连接，用于基于所述驱动信号接收所述电压值并输出比较结果；

异或逻辑电路，与所述比较电路电连接，用于获取所述比较结果，并基于所述比较结果输出异或逻辑结果；

加法器，分别与所述定时驱动器和所述异或逻辑电路电连接；以及

计数寄存器，分别与所述定时驱动器和所述加法器电连接，所述加法器基于所述异或逻辑结果对所述计数寄存器内的量化值进行累加计数，并输出当前量化值至所述计数寄存器存储，且所述计数寄存器完成一次量化与计数时，所述放大电路复位并重新接收所述电荷量。

在其中一个实施例中，所述比较电路至少包括：第二比较器和第三比较器，所述第二比较器的第一端和所述第三比较器的第一端均与所述放大电路的输出端电连接，所述第二比较器的第二端用于输入第一阈值电压，所述第三比较器的第二端用于输入第二阈值电压；

所述异或逻辑电路至少包括一异或门，所述异或门的第一端与所述第二比较器的输出端电连接，所述异或门的第二端与所述第三比较器的输出端电连接，所述异或门的输出端与所述加法器电连接；

所述第二比较器基于所述第一阈值电压和所述电压值输出第一比较结果，所述第三比较器基于所述第二阈值电压和所述电压值输出第二比较结果，所述异或门根据所述第一比较结果和所述第二比较结果输出异或逻辑结果至所述加法器。

在其中一个实施例中，所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不相同。

在其中一个实施例中，所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置还包括：

开关，串联于所述探测器和所述放大电路的输入端之间。

一种计数***，包括多个上述任一项实施例所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置；以及

控制器，分别与各个所述放大电路和各个所述计数电路电连接，在所述计数电路完成一次量化与计数时，所述控制器控制与所述计数电路对应的所述放大电路复位并重新接收所述电荷量。

与现有技术相比，上述基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置及计数***，通过探测器接收X射线并输出电荷量至放大电路，利用放大电路内的反馈电容与放大器并联配合，使得所述放大电路输出至门限判别电路的电压值逐渐增大。当所述电压值大于或等于预设电压阈值时，所述门限判别电路输出触发信号至计数电路，使得所述计数电路根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数。本申请采用上述结构，不仅提高放大电路中电容的放电时间，提升计数率，还降低了电路噪声，增加电路的稳定性。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置的电路原理图；

图2为本申请一实施例提供的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置的电路示意图一；

图3为本申请一实施例提供的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置的电路示意图二；

图4为本申请一实施例提供的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置的电路示意图三；

图5为本申请一实施例提供的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置的电路示意图四；

图6为本申请一实施例提供的计数脉冲波形图；

图7为本申请一实施例提供的计数***的原理图。

10、基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置；11、控制器；100、探测器；20、计数***；200、放大电路；210、运算放大器；220、反馈电容；230、复位开关；240、电容开关；300、门限判别电路；310、第一比较器；400、计数电路；410、定时驱动器；420、比较电路；421、第二比较器；422、第三比较器；423、第四比较器；424、第五比较器；430、异或逻辑电路；431、异或门；432、第一异或门；433、第二异或门；440、加法器；450、计数寄存器；500、开关。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请一实施例提供一种基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置10，包括：探测器100、放大电路200、门限判别电路300以及计数电路400。所述探测器100用于接收X射线并输出与所述X射线的能量相关的电荷量。所述放大电路200用于根据所述电荷量输出对应的电压值。所述放大电路200的输入端与所述探测器100的输出端连接。所述放大电路200包括放大器210和反馈电容220。所述反馈电容220与所述放大器210并联连接。

所述门限判别电路300的输入端与所述放大电路200的输出端电连接。所述门限判别电路300用于接收所述电压值，并根据所述电压值确定是否输出触发信号。所述计数电路400用于根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数。所述计数电路400的第一输入端与所述门限判别电路300的输出端连接。所述计数电路400的第二输入端与所述放大电路200的输出端连接。

在一个实施例中，所述探测器100可以采用半导体探测器。具体的，该半导体探测器可由CdZnTe(碲锌镉)、CdTe(碲化镉)等材料以及电极和偏压电路等构成。当X射线照射所述探测器100时，所述探测器100相应的产生电荷量，并将该电荷量输出至所述放大电路200内的所述放大器210。

在一个实施例中，如图2所示，所述放大电路200还包括复位开关230。所述运算放大器210的第一端、所述反馈电容220的第一端、所述复位开关230的第一端共接至所述探测器100的输出端。所述运算放大器210的第二端接地。所述运算放大器210的输出端与所述反馈电容220的第二端、所述复位开关230的第二端共接。

在一个实施例中，所述放大电路200(即所述放大器210)在接收到所述电荷量时，所述复位开关230处于断开状态。假设所述探测器100输出至所述放大器210的所述电荷量为Q，所述反馈电容220的电容值为C_f，则所述放大器210输出的所述电压值Vo为：

因所述电荷量在所述反馈电容220上不断累积，使得所述放大器210输出的所述电压值Vo不断升高。在这个过程中，所述复位开关230始终处于断开状态。因所述探测器100产生的电荷量与入射X射线的能量等级成正比。所以由上述公式可知，所述放大器210输出的所述电压值与所述电荷量成正比。因此，所述计数电路400检测所述电压值即能得出入射X射线的能量等级。

所述门限判别电路300接收到所述放大器210输出的所述电压值，并将所述电压值与预设电压阈值进行比较。若所述电压值小于所述预设电压阈值，则所述门限判别电路300输出低电平至所述计数电路400，此时所述计数电路400不工作。若所述电压值大于或等于所述预设电压阈值，则所述门限判别电路300输出高电平(即触发信号)至所述计数电路400。此时所述计数电路400可根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数。在一个实施例中，所述触发信号为高电平。

具体的，所述计数电路400接收到所述触发信号后开始计时，并当计时时间到达所述预设延时时间时，所述计数电路400对所述电压值进行量化与计数。在一个实施例中，所述预设延时时间可根据实际需求进行设定，此处不限制具体时间。所述预设延时时间可通过定时器输入至所述计数电路400。所述预设延时时间也可提前设置在所述计数电路400内。

与此同时，所述计数电路400在完成一次量化与计数时，所述复位开关230复位(即所述复位开关230闭合)一次。所述复位开关230的复位动作，可将所述反馈电容220累积的电荷泄放掉，从而完成对所述反馈电容220的复位。当所述反馈电容220累积的电荷完全泄放掉后，所述复位开关230重新断开，此时所述放大器210重新接收所述电荷量。在一个实施例中，所述复位开关230的闭合于断开，可通过控制器进行控制。

在一个实施例中，所述预设周期是指所述探测器100接收一次X射线扫描的时间。所述预设周期的具体数值可根据实际需求进行设定，此处不具体限制具体时间。在一个实施例中，在所述预设周期内，所述计数电路400可完成多次计数过程，并在全部计数完成后，所述计数电路400将最终的计数结果输出。

可以理解，所述门限判别电路300的具体电路结构不限制，只要具有基于所述电压值和预设电压阈值确定是否输出触发信号的功能即可。在一个实施例中，所述门限判别电路300可以是比较器。因所述探测器100和所述放大电路200的噪声信号具有高速率、低幅度的特性，所以通过设定适当的所述门限判别电路300可以有效地去除噪声信号对计数结果的影响。

可以理解，所述计数电路400的具体电路结构不限制，只要具有基于所述触发信号对所述电压值进行量化与计数的功能即可。在一个实施例中，所述计数电路400可由定时器、比较器、异或门、加法器以及寄存器搭建构成。在预设周期内，当所述计数电路400接收到所述触发信号时，所述计数电路400可基于所述预设延时时间对所述电压值进行一次量化与计数，且在完成一次量化与计数时，所述复位开关230复位以将所述反馈电容220储存的电荷泄放掉，从而使得所述放大器210重新接收所述电荷量。采用上述这种方式可提高所述反馈电容220的放电时间，从而提升所述计数电路400的计数率。

本实施例中，通过探测器100接收X射线并输出电荷量至放大电路200，利用放大电路200内的反馈电容220与放大器210并联配合，使得所述放大电路200输出至门限判别电路300的电压值逐渐增大。当所述电压值大于或等于预设电压阈值时，所述门限判别电路300输出触发信号至计数电路400，使得所述计数电路400根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数。本实施例采用上述结构，不仅提高放大电路200中电容的放电时间，提升计数率，还降低了电路噪声，增加电路的稳定性。

请参见图3，在一个实施例中，所述放大电路200还包括：电容开关240。所述电容开关240的第一端与所述反馈电容220的第二端电连接。所述电容开关240的第二端与所述放大器210的第一端电连接。在一个实施例中，所述电容开关240可通过控制器控制其闭合与断开。在一个实施例中，所述电容开关240可以是半导体开关。所述电容开关240也可以是继电器开关。

在一个实施例中，所述反馈电容220的数量为多个，且各个所述反馈电容220彼此之间并联。所述电容开关240的数量与所述反馈电容220的数量相同，且所述电容开关240与所述反馈电容220一一对应电连接。也就是说，每个所述反馈电容220对应一个所述电容开关240。多个所述电容开关240各自独立或相互组合地断开或闭合，可以将多个所述反馈电容220进行组合，从而可获得不同的反馈电容值(即不同的电荷反馈系数)，进而可实现对所述电压值进行多档测量。

在一个实施例中，所述门限判别电路300包括：第一比较器310。所述第一比较器310的第一端与所述放大电路200的输出端电连接。所述第一比较器310的第二端用于获取所述预设电压阈值。所述第一比较器310的输出端与所述计数电路400电连接。所述第一比较器310用于将所述电压值与所述预设电压阈值进行比较。若所述电压值大于或等于所述预设电压阈值，则所述第一比较器310输出所述触发信号至所述计数电路400。若所述电压值小于所述预设电压阈值，则所述第一比较器310输出低电平至所述计数电路400。

在一个实施例中，所述第一比较器310可将所述电压值与所述预设电压阈值进行差值比较，并得到差值比较结果。若所述差值比较结果为所述电压值小于所述预设电压阈值，则所述第一比较器310输出低电平至所述计数电路400，此时所述计数电路400不工作。若所述差值比较结果为所述电压值大于或等于所述预设电压阈值，则所述第一比较器310输出所述触发信号至所述计数电路400，此时所述计数电路400工作。由所述第一比较器310组成的所述门限判别电路300，可以有效地去除噪声信号对计数结果的影响。

请参见图4，在一个实施例中，所述计数电路400包括：定时驱动器410、比较电路420、异或逻辑电路430、加法器440以及计数寄存器450。所述定时驱动器410与所述门限判别电路300电连接。当所述定时驱动器410接收到所述触发信号时，所述定时驱动器410开始计时并在到达所述预设延时时间时输出驱动信号。所述比较电路420分别与所述定时驱动器410和所述放大器210的输出端电连接。所述比较电路420用于基于所述驱动信号接收所述电压值并输出比较结果。

所述异或逻辑电路430与所述比较电路420电连接。所述异或逻辑电路430用于获取所述比较结果，并基于所述比较结果输出异或逻辑结果。所述加法器440分别与所述定时驱动器410和所述异或逻辑电路430电连接。所述计数寄存器450分别与所述定时驱动器410和所述加法器440电连接。所述加法器440基于所述异或逻辑结果对所述计数寄存器450内的量化值进行累加计数，并输出当前量化值至所述计数寄存器450存储，且所述计数寄存器450完成一次量化与计数时，所述放大电路200复位并重新接收所述电荷量。

在一个实施例中，所述定时驱动器410在接收到所述触发信号时，所述定时驱动器410开始计时，并确定计时时间是否到达所述预设延时时间。若确定所述计时时间到达所述预设延时时间，则所述定时驱动器410输出所述驱动信号至所述比较电路420、所述加法器440以及所述计数寄存器450。也就是说，当所述计时时间到达所述预设延时时间时，所述定时驱动器410输出所述驱动信号，以驱动所述比较电路420、所述加法器440以及所述计数寄存器450开始工作。在一个实施例中，所述预设延时时间可以提前设置在所述定时驱动器410内。所述预设延时时间也可以时钟信号输入至所述定时驱动器410。

在一个实施例中，所述比较电路420至少包括：第二比较器421和第三比较器422。具体的，所述第二比较器421的第一端和所述第三比较器422的第一端均与所述放大器210的输出端电连接。所述第二比较器421的第二端用于输入第一阈值电压。所述第三比较器422的第二端用于输入第二阈值电压。所述第二比较器421基于所述第一阈值电压和所述电压值输出第一比较结果。所述第三比较器422基于所述第二阈值电压和所述电压值输出第二比较结果。

在一个实施例中，所述第一阈值电压和所述第二阈值电压可根据实际需求进行设定，只需要保证所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不相同即可。在一个实施例中，所述第二比较器421可将所述电压值与所述第一阈值电压进行比较。若所述电压值小于所述第一阈值电压，则输出所述第一比较结果为低电平。若所述电压值大于或等于所述第一阈值电压，则输出所述第一比较结果为高电平。

在一个实施例中，所述第三比较器422可将所述电压值与所述第二阈值电压进行比较。若所述电压值小于所述第二阈值电压，则输出所述第二比较结果为低电平。若所述电压值大于或等于所述第二阈值电压，则输出所述第一比较结果为高电平。

在一个实施例中，所述异或逻辑电路430至少包括一异或门431。所述异或门431的第一端与所述第二比较器421的输出端电连接。所述异或门431的第二端与所述第三比较器422的输出端电连接。所述异或门431的输出端与所述加法器440电连接。所述异或门431根据所述第一比较结果和所述第二比较结果输出异或逻辑结果至所述加法器440。

当所述异或门431接收的所述第一比较结果和所述第二比较结果相同时(即所述第一比较结果和所述第二比较结果同为高电平或低电平)，所述异或门431输出的所述异或逻辑结果(trig0)为0。即此时所述加法器440接收的所述异或逻辑结果为0，说明此时所述第一阈值电压和所述第二阈值电压设置的不合理。即所述电压值并没有落在所述第一阈值电压和所述第二阈值电压的阈值区间内。也就是说，此时所述加法器440可确定所述异或逻辑结果不正常，则所述加法器440可通过控制器上报错误。

当所述异或门431接收的所述第一比较结果和所述第二比较结果不相同时(即所述第一比较结果和所述第二比较结果不同为高电平或低电平)，所述异或门431输出的所述异或逻辑结果为1。即此时所述加法器440接收的所述异或逻辑结果为1，说明此时所述第一阈值电压和所述第二阈值电压设置合理。即所述电压值落在所述第一阈值电压和所述第二阈值电压的电压区间内。

也就是说，此时所述加法器440可确定所述异或逻辑结果正常，则所述加法器440将该所述异或逻辑结果与所述计数寄存器450内的量化值相加，并输出所述当前量化值至所述计数寄存器450内进行存储。与此同时，所述计数寄存器450完成一次量化与计数时，所述放大电路200内的所述复位开关230复位，所述放大器210重新接收所述电荷量。

请参见图5，所述比较电路420还可包括第四比较器423和第五比较器424。具体的，所述第四比较器423的第一端和所述第五比较器424的第一端均与所述放大器210的输出端电连接。所述第四比较器423的第二端用于输入第三阈值电压。所述第五比较器424的第二端用于输入第四阈值电压。所述第四比较器423基于所述第三阈值电压和所述电压值输出第三比较结果。所述第五比较器424基于所述第四阈值电压和所述电压值输出第四比较结果。

在一个实施例中，所述第三阈值电压和所述第四阈值电压可根据实际需求进行设定，只需要保证所述第一阈值电压(Vth1)、所述第二阈值电压(Vth2)、所述第三阈值电压(Vth3)和所述第四阈值电压(Vth4)按照大小顺序依次设置即可。假设Vth1、Vth2、Vth3、Vth4依次增大，则对应三个能量检测级别分别为：Vth4-Vth3、Vth3-Vth2、Vth2-Vth1。

在一个实施例中，所述异或逻辑电路430还可包括第一异或门432和第二异或门433。具体的，所述第一异或门432的第一端与所述第三比较器422的输出端电连接。所述第一异或门432的第二端与所述第四比较器423的输出端电连接。所述第二异或门433的第一端与所述第四比较器423的输出端电连接。所述第二异或门433的第二端与所述第五比较器424的输出端电连接。所述第一异或门432的输出端和所述第二异或门433的输出端各自电连接一个所述加法器440。

所述第一异或门432基于所述第二比较结果和所述第三比较结果输出第一异或逻辑结果(trig1)。所述第二异或门433基于所述第三比较结果和所述第四比较结果输出第二异或逻辑结果(trig2)。则所述异或逻辑结果、所述第一异或逻辑结果和所述第二异或逻辑结果的输出如下表所示：

脉冲幅度	431	432	433	trig2：trig1：trig0
					V<sub>o</sub>＜V<sub>th1</sub>	0	0	0	000(阈值设置错误)
V<sub>th1</sub>≤V<sub>o</sub>＜V<sub>th2</sub>	1	0	0	001
					V<sub>th2</sub>≤V<sub>o</sub>＜V<sub>th3</sub>	0	1	0	010
V<sub>th3</sub>≤V<sub>o</sub>＜V<sub>th4</sub>	0	0	1	100
					V<sub>th4</sub>≤V<sub>o</sub>	0	0	0	000(阈值设置错误)

其中，脉冲幅度即为所述电压值的当前能量等级。由上表可知，所述加法器440对所述异或逻辑电路430输出的trig(即trig0、trig1和trig2)值和所述计数寄存器450内的量化值相加，并将结果再赋值给所述计数寄存器450，即完成一次计数。具体的，若所述异或逻辑电路430输出对应的trig位为1，则相应的所述计数寄存器450加1；如果所述异或逻辑电路430输出对应的trig位为0，则相应的所述计数寄存器450保持不变，从而即可实现对特定幅度脉冲的计数。

例如，若所述异或逻辑电路430输出的trig值为010，则说明所述电压值落在Vth3-Vth2之间。此时所述第一异或门432输出的所述第一异或逻辑结果为1，所述异或逻辑结果和所述第二异或逻辑结果均为0。即此时与所述第一异或门432对应的所述加法器440将与该所述加法器440对应的所述计数寄存器450内的量化值与所述第一异或逻辑结果相加，并将结果再赋值给所述计数寄存器450，从而完成一次计数。

在一个实施例中，由上表可知，当所述电压值大于或等于所述第四阈值电压、或者所述电压值小于所述第一阈值电压时，所述异或逻辑电路430输出的trig值均为000，说明此时所述第一阈值电压和所述第四阈值电压设置的不合理。即所述电压值并没有落在对应的电压阈值区间内。也就是说，此时所述加法器440可确定所述异或逻辑结果不正常，则所述加法器440可通过控制器上报错误，以使工作人员重新设置阈值电压。

在一次计数完成后，所述复位开关230闭合以泄放掉所述反馈电容220累积的电荷，所述反馈电容220复位。与此同时所述复位开关230重新断开，此时所述放大器210重新接受所述电荷量，并重新进行计数。在所述预设周期内采用上述方式进行循环计数直至一次扫描完成为止。

如图6所示，假设某次扫描对三个脉冲峰A、B、C进行了三次计数。由图5可知，脉冲峰A的幅度在Vth4-Vth3之间(对应E1能级)。脉冲峰B的幅度在Vth3-Vth2之间(对应E2能级)。脉冲峰C的幅度在Vth2-Vth1之间(对应E3能级)。所以各个所述计数寄存器450最终的计数结果为REG0＝1、REG1＝1、REG2＝1。由上述内容可知，所述计数电路400内的能量检测等级可根据实际需求进行设定。同样的，所述比较电路420内比较器的数量、所述异或逻辑电路430内异或门的数量、所述加法器440以及所述计数寄存器450的数量均可根据实际需求进行选择，只需要保证相邻比较器之间对应一个异或门，且一个异或门依次对应一个所述加法器440以及一个所述计数寄存器450即可。在一个实施例中，脉冲幅度在0-Vth1之间时具有降噪效果。

在一个实施例中，所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置10还包括：开关500。所述开关500串联于所述探测器100和所述放大器210的第一端之间。在一个实施例中，所述开关500可以是半导体开关。在一个实施例中，所述开关500也可以是继电器开关。在一个实施例中，所述开关500可通过控制器控制其闭合与断开。所述开关500可控制所述探测器100和所述放大电路200之间的导通与断开。

请参见图7，本申请一实施例提供一种计数***20，包括多个上述任一项实施例所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置10以及控制器11。所述控制器11分别与各个所述放大电路200和各个所述计数电路400电连接。在所述计数电路400完成一次量化与计数时，所述控制器11控制与所述计数电路400对应的所述放大电路200复位并重新接收所述电荷量。

在一个实施例中，所述控制器11用于控制所述开关500、所述放大电路200内的所述复位开关230和所述电容开关240的导通与断开。当所述基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置10完成一次扫描后，可通过所述控制器11获取所述计数电路400最终的计数结果。所述计数***20通过所述控制器11可实现与外部设备进行信息交互。本实施例所述的计数***20采用上述结构，不仅提高所述放大电路200中所述反馈电容220的放电时间，提升计数率，还降低了电路噪声，提高稳定性。

在一个实施例中，所述计数***20还包括数模转换器(图中未画出)。所述计数***20可通过所述数模转换器对所述计数电路400内的各个阈值电压进行设定。

综上所述，本申请通过所述探测器100接收X射线并输出电荷量至所述放大器210，利用所述反馈电容220与所述放大器210配合，使得所述放大器210输出至所述门限判别电路300的电压值逐渐增大。当所述电压值大于或等于预设电压阈值时，所述门限判别电路300输出高电平至所述计数电路400，以触发所述计数电路400在预设周期内基于预设延时时间对所述电压值进行量化与计数。并且所述计数电路400完成一次量化与计数，则所述复位开关230复位且所述放大器210重新接收所述电荷量。本申请采用上述结构，不仅提高所述放大电路200中所述反馈电容220的放电时间，提升计数率，还降低了电路噪声，提高稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，包括：

探测器(100)，用于接收X射线并输出与所述X射线的能量相关的电荷量；

放大电路(200)，用于根据所述电荷量输出对应的电压值，所述放大电路(200)的输入端与所述探测器(100)的输出端连接，所述放大电路(200)包括放大器(210)和反馈电容(220)，所述反馈电容(220)与所述放大器(210)并联连接；

门限判别电路(300)，所述门限判别电路(300)的输入端与所述放大电路(200)的输出端电连接，并根据所述电压值确定是否输出触发信号；以及

计数电路(400)，用于根据所述触发信号对所述电压值进行量化与计数，所述计数电路(400)的第一输入端与所述门限判别电路(300)的输出端连接，所述计数电路(400)的第二输入端与所述放大电路(200)的输出端连接。

2.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述放大电路(200)还包括：

复位开关(230)，所述放大器(210)的第一端、所述反馈电容(220)的第一端、所述复位开关(230)的第一端共接至所述探测器(100)的输出端，所述放大器(210)的第二端接地，所述放大器(210)的输出端与所述反馈电容(220)的第二端、所述复位开关(230)的第二端和所述门限判别电路(300)的输入端共接。

3.如权利要求2所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，在预设周期内当所述计数电路(400)接收到所述触发信号时，所述计数电路(400)基于预设延时时间对所述电压值进行量化与计数，且完成一次量化与计数则所述放大电路(200)复位并重新接收所述电荷量。

4.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述放大电路(200)还包括：

电容开关(240)，所述电容开关(240)的第一端与所述反馈电容(220)的第二端电连接，所述电容开关(240)的第二端与所述放大器(210)的第一端电连接。

5.如权利要求4所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述电容开关(240)的数量与所述反馈电容(220)的数量相同，且所述电容开关(240)与所述反馈电容(220)一一对应电连接。

6.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述放大电路(200)输出的所述电压值与所述电荷量成正比。

7.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述门限判别电路(300)包括：

第一比较器(310)，所述第一比较器(310)的第一端与所述放大电路(200)的输出端电连接，所述第一比较器(310)的第二端用于获取预设电压阈值，所述第一比较器(310)的输出端与所述计数电路(400)电连接；

所述第一比较器(310)用于将所述电压值与所述预设电压阈值进行比较，若所述电压值大于或等于所述预设电压阈值，则所述第一比较器(310)输出所述触发信号至所述计数电路(400)。

8.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述计数电路(400)包括：

定时驱动器(410)，与所述门限判别电路(300)电连接，当所述定时驱动器(410)接收到所述触发信号时，所述定时驱动器(410)开始计时并在到达预设延时时间时输出驱动信号；

比较电路(420)，分别与所述定时驱动器(410)和所述放大电路(200)的输出端电连接，用于基于所述驱动信号接收所述电压值并输出比较结果；

异或逻辑电路(430)，与所述比较电路(420)电连接，用于获取所述比较结果，并基于所述比较结果输出异或逻辑结果；

加法器(440)，分别与所述定时驱动器(410)和所述异或逻辑电路(430)电连接；以及

计数寄存器(450)，分别与所述定时驱动器(410)和所述加法器(440)电连接，所述加法器(440)基于所述异或逻辑结果对所述计数寄存器(450)内的量化值进行累加计数，并输出当前量化值至所述计数寄存器(450)存储，且所述计数寄存器(450)完成一次量化与计数时，所述放大电路(200)复位并重新接收所述电荷量。

9.如权利要求8所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述比较电路(420)至少包括：第二比较器(421)和第三比较器(422)，所述第二比较器(421)的第一端和所述第三比较器(422)的第一端均与所述放大电路(200)的输出端电连接，所述第二比较器(421)的第二端用于输入第一阈值电压，所述第三比较器(422)的第二端用于输入第二阈值电压；

所述异或逻辑电路(430)至少包括一异或门(431)，所述异或门(431)的第一端与所述第二比较器(421)的输出端电连接，所述异或门(431)的第二端与所述第三比较器(422)的输出端电连接，所述异或门(431)的输出端与所述加法器(440)电连接；

所述第二比较器(421)基于所述第一阈值电压和所述电压值输出第一比较结果，所述第三比较器(422)基于所述第二阈值电压和所述电压值输出第二比较结果，所述异或门(431)根据所述第一比较结果和所述第二比较结果输出异或逻辑结果至所述加法器(440)。

10.如权利要求9所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不相同。

11.如权利要求1所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置，其特征在于，还包括：

开关(500)，串联于所述探测器(100)和所述放大电路(200)的输入端之间。

12.一种计数***，其特征在于，包括多个如权利要求1-10中任一项所述的基于电容反馈电荷灵敏放大电路的计数装置；以及

控制器(11)，分别与各个所述放大电路(200)和各个所述计数电路(400)电连接，在所述计数电路(400)完成一次量化与计数时，所述控制器(11)控制与所述计数电路(400)对应的所述放大电路(200)复位并重新接收所述电荷量。

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