簡(jiǎn)介

X 射線(xiàn)成像的應(yīng)用范圍很廣，從醫(yī)學(xué)診斷到安全檢查和食品檢驗(yàn)，它可以根據(jù)需要來(lái)識(shí)別材料、找出缺陷并計(jì)算數(shù)量。無(wú)論用途為何，X 射線(xiàn)成像都必須精確且高質(zhì)量。

MDC91128是一款高度集成的低噪聲、電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，可用于掃描 2D X 射線(xiàn)、3D 計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 以及其他高通道數(shù)的光電二極管應(yīng)用。圖 1 顯示了采用 MDC91128 的系統(tǒng)完成的X 射線(xiàn)掃描示例。

X射線(xiàn)掃描系統(tǒng)

在用于行李掃描儀和其他安全與質(zhì)量檢查的典型X 射線(xiàn)掃描應(yīng)用中，X 射線(xiàn)源直接指向傳送帶上、X 射線(xiàn)下方通過(guò)的物體（見(jiàn)圖 2）。

當(dāng) X 射線(xiàn)穿過(guò)目標(biāo)物體時(shí)，它們會(huì)隨著路徑中材料的密度而衰減。將 X 射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式需要幾個(gè)步驟。首先，在移動(dòng)的傳送帶下方，有線(xiàn)性（1 像素寬x多像素長(zhǎng)）光電二極管探測(cè)器陣列暴露在穿透目標(biāo)物體的 X 射線(xiàn)之下。

由于硅光電二極管能夠比 X 射線(xiàn)光子更有效地檢測(cè)可見(jiàn)光光子，因此在硅光電二極管頂部疊加一層閃爍體材料。這種材料會(huì)響應(yīng) X 射線(xiàn)的激勵(lì)而產(chǎn)生可見(jiàn)光光子。隨后，閃爍體下方的光電二極管陣列會(huì)產(chǎn)生與可見(jiàn)光成比例的微小電荷。

像素信號(hào)一旦進(jìn)入電氣域，模擬/混合信號(hào) IC 就對(duì)其進(jìn)行處理，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 MPS 的 MDC91128 可直接連接光電二極管陣列的輸出并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化。

MDC91128簡(jiǎn)介

MDC91128是一款具有 128 個(gè)并行信號(hào)通道的電流輸入 ADC，它是 MPS 提供的ΔΣ ADCs系列產(chǎn)品之一。該器件的每個(gè)通道都包含一個(gè)放大器和一個(gè) 20 位或 16 位 delta-sigma (ΔΣ) ADC（見(jiàn)圖 3）。

該器件的傳感器陣列連接方法，讓每個(gè)光電二極管都能為 MDC91128 的輸入引腳之一提供電流。由于平均電流(I)等于接收到的電荷量 (Q) 除以積分時(shí)間 (t)，因此可用以下公式 (1) 來(lái)計(jì)算：

輸入范圍和積分時(shí)間可根據(jù)預(yù)期的滿(mǎn)量程電流來(lái)選擇。MDC91128 支持從 4pC 到 25pC 的輸入范圍，以及從 166μs 到 100ms 的積分時(shí)間。10pC 輸入和 100ms 積分時(shí)間支持 100pA 的平均滿(mǎn)量程輸入電流；25pC 輸入和 250μs 積分時(shí)間支持 100nA 的平均滿(mǎn)量程輸入電流。靈活的配置特性使 MDC91128 能夠支持各種信號(hào)電平的應(yīng)用。

128 個(gè)輸入通道被分為兩個(gè) 64 通道組，兩組可以分別控制輸入范圍和積分時(shí)間。積分放大器的輸出電壓由 ADC 隨后轉(zhuǎn)換為可選的16 位或 20 位數(shù)字結(jié)果。MDC91128 的架構(gòu)允許無(wú)死區(qū)時(shí)間的背靠背積分周期，確保了無(wú)損捕獲全部曝光過(guò)程。

當(dāng)輸入范圍設(shè)置為 25pC 且輸入電容為 20pF 時(shí)，MDC91128 可實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)量程范圍，均方根 (rms) 噪聲低于 19ppm（見(jiàn)圖 4）。這相當(dāng)于 2,728 個(gè)電子，實(shí)現(xiàn)了具有高動(dòng)態(tài)范圍的 X 射線(xiàn)掃描。

轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被送入片上 FIFO 緩沖區(qū)，通過(guò)串行端口可訪(fǎng)問(wèn)該區(qū)域。緩沖區(qū)為 MDC91128 的 128 個(gè)通道中的每一個(gè)通道都保存 32 個(gè)結(jié)果（20 位或 16 位）。這緩解了從 MDC91128 回讀數(shù)據(jù)的系統(tǒng)時(shí)序挑戰(zhàn)。串行端口的運(yùn)行頻率高達(dá) 40MHz ，具有雙輸出，并支持 80Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

X 射線(xiàn)掃描探測(cè)器通常都需要多于 128 個(gè)通道，MDC91128 的輸出數(shù)據(jù)可采用菊花鏈拓?fù)浼?jí)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)從多個(gè)串聯(lián)的 MDC91128 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 IC 中順序回讀數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖 5）。

結(jié)語(yǔ)

MDC91128具備可配置性、高性能和高集成度等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，可為 X 射線(xiàn)掃描系統(tǒng)和工業(yè)成像應(yīng)用提供高性?xún)r(jià)比、高質(zhì)量的圖像。與此同時(shí)，MPS 還在不斷豐富其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于 X 射線(xiàn)成像、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)。