光子计数X射线探测器常见术语

光子计数、像素化X射线探测器(HPC)的阈值等值化

2019-08-19 15:32:48 128

光子计数、像素化X射线探测器(HPC)的阀值等值化(Threshold Equalization

   对Medipix123TimepixTimepix 3芯片来说,当绑定传感器芯片后,就相当于256×256 = 65536个探测器,读出芯片的主要作用是读出这65K个探测器的数据计数值(事件数和/或时间)。而数据是基于探测到的信号与基准的比较结果,基准是全局阀(Global Threshold),也就是说所有65K个探测器(像素)的比较基准是一样的,从集成电路制造方面来说,这个容易做到。但是集成电路制造过程中,不能保证所有65K个探测器(像素)的比较器(晶体管等)完全相同,也就是说,当比较基准一致(全局阀值),一定幅度的输入信号,多个探测器输出不是完全一致的。例如,全局阀值为1,信号为2,理想情况下,所有像素的比较器都输出高电平,但实际是不可能的。此外,探测器的所有测量设置参数(阀值等)是通过数字值(DAC)给定的,而比较器比较的是模拟量,从数字到模拟必然存在转换误差(数字是离散的,模拟是连续的),这也导致不均匀性。

   阀值等值化用于补偿像素和像素之间由于像素阀值电压和电流的不匹配和/或芯片功率下降等全局影响造成的阀值变化。Medipix 3Timepix 3读出芯片的每个像素都有一个像素配置寄存器(PCR),PCR有相应的阀值调整比特(Medipix35bitTimepix 34bit)。阀值补偿是设置相应的数值(DAC),给每个探测器引入相应的电流,使所有256×256个探测器(像素)的比较器输出尽量一致。电流基准由THS全局DAC控制,DACLSB0-40nA

   下面以Medipix 3芯片事件计数模式为例说明:

7.png

   单个像素不同Local Threshold DAC设置值(0~15)相同测试脉冲序列的计数结果(阀值扫描Threshold Scan)。横坐标为全局阀值(Global Threshold)(DAC值),纵坐标为测量结果。

   从上图可以看出,设置不同的Local Threshold DAC确实能改变计数结果。

8.png

  使用像素Local Threshold DAC等值化前后的比较。

  上半部分的蓝色和红色图像是Local Threshold DAC015时,相同测试脉冲(Test Pulse)数量的阀值扫描结果:横坐标为阀值,纵坐标为计数值为测量脉冲数的像素数量。中间绿色图是等值化后,相同计数值的像素数量分布。

  下半部分是上半部分的像素计数彩色图。

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