智能apd陣列讀出裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能APD陣列讀出系統裝置，包括輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C、APD陣列及智能控制模塊D和讀出系統E；輸入模塊A用于對市電輸入進行整流濾波；功率變換模塊B用于將市電整流濾波后的電壓轉化為穩定的多路直流電壓(正負電壓)；直流變換模塊C用于將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的更精確的直流電壓；直流變換模塊C為智能控制模塊D和讀出系統E供電。本發明還公開了一種APD陣列成像智能校正方法，包括標準圖像采集、圖像比對與自動校正三個步驟。本發明精度高、尺寸小，而且智能化。
【專利說明】智能APD陣列讀出裝置及方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種APD陣列讀出系統及方法，尤其涉及一種高精度、小尺寸、智能化的APD陣列讀出裝置及方法。
【背景技術】
[0003]Aro陣列讀出系統現行技術有多種。標準的流程方案是供電系統一感光一光電轉換一積分放大CTIA —采樣保持S/Η —輸出緩沖一多路傳輸一監視系統成像，這種方案適合運用于單光子成像系統。其中，如圖1所示的方案，優點是單個電路簡單，成本較低，輸出可調；缺點是:a，首先需要一個從高壓轉低壓變換器；b，倍壓電路帶載能力弱，響應速度慢，帶寬低；c，單向電壓供電；d，每個APD器件需要一個該電路，若做成APD陣列將使系統十分復雜、十分龐大。還有一種局部方案如圖2所示，優點是正向偏壓易獲得，缺點是:a，運放輸出為負壓，需要另外加偏置山，無補償校正，每個AH)需要一套該電路，包括偏壓，系統也十分龐大。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種高精度、小尺寸、智能化的APD陣列讀出裝置及方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為:一種智能APD陣列讀出裝置，包括輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C、APD陣列及智能控制模塊D和讀出系統E ；
輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C依次電連接，直流變換模塊C為智能控制模塊D和讀出系統E供電；所述輸入模塊A用于對市電輸入進行整流濾波；所述功率變換模塊B用于將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述直流變換模塊C用于將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電；
所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器及其濾波器；所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊；
所述運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接；
所述智能控制模塊D包括成像系統和智能IC ；
所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路；
所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個APD器件和讀出電路分別與智能IC電連接，智能IC還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接；
所述運放供電電壓模塊與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源；
APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓；
所述讀出系統E用于光信號讀出，將光信號轉換為數字電信號并將所述數字電信號傳送給智能控制模塊D作分析；所述智能控制模塊D用于對光信號進行分析并對APD陣列進行選址、控制和智能校正，同時也監控并調制APD的負向偏壓；所述智能IC還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
[0006]作為本發明進一步改進的技術方案，所述標準圖包括參照圖片或背景的拍照，智能IC根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。
[0007]作為本發明進一步改進的技術方案，智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測APD器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。
[0008]作為本發明進一步改進的技術方案，功率變換模塊B多路輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
[0009]為了實現上述技術目的，本發明提供的另一種技術方案為:一種智能Aro陣列讀出方法，包括以下步驟:
市電輸入:通過輸入模塊A對市電輸入進行整流濾波；所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆；
功率變換:通過功率變換模塊B將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器和濾波器
直流變換:通過直流變換模塊C，將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電；
所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊；運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接；
讀出與校正:所述智能控制模塊D包括成像系統和智能IC ;所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路；所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個AH)器件和讀出電路分別與智能IC電連接，智能IC還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接；所述運放正向供電電壓模塊和運放負向供電模塊分別與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源；APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓；智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測AH)器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個器件的CTIA的輸出得到校正；所述智能IC還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
[0010]作為本發明進一步改進的技術方案，讀出與校正步驟中，智能IC根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。
[0011]作為本發明進一步改進的技術方案，智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測APD器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。
[0012]作為本發明進一步改進的技術方案，功率變換步驟中，功率變換模塊B輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
[0013]本發明的A區塊為市電輸入整流濾波；B區塊為將市電整流濾波后的電壓轉化為多路特定穩定的直流電壓，可以是隔離，也可以是非隔離方案，該直流電壓可以有正有負，其值與C區塊中所需電壓為前提；C區塊為將B區塊的輸出進一步轉換為后續所需的精確電壓，同樣，該電壓可以有正有負，該區塊因輸入輸出電壓接近，且為直流轉直流，因而轉換頻率可以較高、尺寸很小；E區塊為Aro讀出電路，采用負壓偏壓模式；D區塊為智能控制，在通過選址接收E區塊的APD陣列讀出信號，經過處理后送至成像系統成像。該智能控制亦監控APD的偏壓狀況以及與環境的變化處理，實時校正偏壓至最佳狀態，同時該智能控制亦對APD陣列各個APD器件的差異進行校正補償，實施策略是:因每個APD陣列器件形成后的參數的確定的，只需在器件成形后做一回校正即可，通過對參照圖片或背景的拍照比對，然后通過算法對每個AH)的讀出輸出信號進行逐一校正，使照片達到最佳效果。運放供電電壓可采用正向單電壓，也可采用正負雙向電壓，當采用正負雙向電壓時可有效提高系統的精度。
[0014]本發明的有益效果:APD器件采用負壓偏壓模式，所有APD器件共用一個偏壓供電系統，極大地簡化了讀出系統；供電系統集成直接由市電轉低壓功能，并且集成市電轉直流電以及后端所有供電系統無須額外的驅動電源，進一步簡化系統運用；高帶寬、高系統響應，帶載能力強，提高實時動態檢測精度；采用不同的電壓供電(包含可行的正電壓和/或負電壓)，提高檢測精度；獨特的智能化校正系統，補償各APD器件本身的特性差異，提高了成像效果；采用了正負雙電壓供電改良監測精度；采用了高頻直流轉直流轉換器，提高了系統響應以及系統精度；采用了獨特的智能化校正系統，對每個Aro器件進行智能校正；采用了獨特的偏壓跟隨技術，使偏壓工作于最佳電壓。總之，本發明精度高、尺寸小，而且智能化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為現有技術中APD陣列供電電路圖；
圖2為現有技術中APD陣列CTIA電路圖。
[0016]圖3為本發明的電路方框示意圖。
[0017]圖4為圖3中的讀出電路示意圖。
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
參見圖3和圖4，本智能AH)陣列讀出裝置，包括輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C、APD陣列及智能控制模塊D和讀出系統E ;輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C依次電連接，直流變換模塊C為智能控制模塊D和讀出系統E供電；所述輸入模塊A用于對市電輸入進行整流濾波；所述功率變換模塊B用于將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述直流變換模塊C用于將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電；所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器及其濾波器；所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊；所述運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接；所述智能控制模塊D包括成像系統和智能IC ；所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路；所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個APD器件和讀出電路分別與智能IC電連接，智能IC還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接；所述運放供電電壓模塊與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源；APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓；所述讀出系統E用于光信號讀出，將光信號轉換為數字電信號并將所述數字電信號傳送給智能控制模塊D作分析；所述智能控制模塊D用于對光信號進行分析并對APD陣列進行選址、控制和智能校正，同時也監控并調制APD的負向偏壓；所述智能IC還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
[0020]作為優選方案，所述標準圖包括參照圖片或背景的拍照，智能IC根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。進一步的優選方案，智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測AH)器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。另外，功率變換模塊B多路輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
[0021]實施例2
本參見圖3和圖4，本智能APD陣列讀出方法，包括以下步驟:
市電輸入:通過輸入模塊A對市電輸入進行整流濾波；所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆；
功率變換:通過功率變換模塊B將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器和濾波器
直流變換:通過直流變換模塊C，將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電；
所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊；運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接；
讀出與校正:所述智能控制模塊D包括成像系統和智能IC ;所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路；所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個AH)器件和讀出電路分別與智能IC電連接，智能IC還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接；所述運放正向供電電壓模塊和運放負向供電模塊分別與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源；APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓；智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測AH)器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個器件的CTIA的輸出得到校正；所述智能IC還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
[0022]作為優選方案，讀出與校正步驟中，智能IC根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。進一步的，智能IC通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測Aro器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。另外，功率變換步驟中，功率變換模塊B輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
【權利要求】
1.一種智能APD陣列讀出裝置，其特征在于: 包括輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C、APD陣列及智能控制模塊D和讀出系統E ； 輸入模塊A、功率變換模塊B、直流變換模塊C依次電連接，直流變換模塊C為智能控制模塊D和讀出系統E供電；所述輸入模塊A用于對市電輸入進行整流濾波；所述功率變換模塊B用于將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述直流變換模塊C用于將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電； 所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器及其濾波器；所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊； 所述運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接； 所述智能控制模塊D包括成像系統和智能1C ； 所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路； 所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個APD器件和讀出電路分別與智能1C電連接，智能1C還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接； 所述運放供電電壓模塊與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源； APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓； 所述讀出系統E用于光信號讀出，將光信號轉換為數字電信號并將所述數字電信號傳送給智能控制模塊D作分析；所述智能控制模塊D用于對光信號進行分析并對APD陣列進行選址、控制和智能校正，同時也監控并調制APD的負向偏壓；所述智能1C還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
2.根據權利要求1所述的智能APD陣列讀出裝置，其特征在于:所述標準圖包括參照圖片或背景的拍照，智能1C根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。
3.根據權利要求2所述的智能APD陣列讀出裝置，其特征在于:智能1C通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測APD器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。
4.根據權利要求1或2或3所述的智能APD陣列讀出裝置，其特征在于:功率變換模塊B多路輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
5.一種智能APD陣列讀出方法，其特征在于包括以下步驟: 市電輸入:通過輸入模塊A對市電輸入進行整流濾波；所述輸入模塊A包括依次電連接的AC輸入接口、濾波及保護模塊和橋堆； 功率變換:通過功率變換模塊B將市電整流濾波后的電壓轉化為多路穩定的直流電壓；所述直流電壓包括正向電壓和/或負向電壓；所述功率變換模塊B包括依次電連接的功率變換器和濾波器 直流變換:通過直流變換模塊C，將功率變換模塊B輸出的直流電壓進一步轉換為讀出系統所需的精確的直流電壓；所述精確的直流電壓也包括正向電壓和負向電壓；所述精確的直流電壓用于為讀出系統E供電和智能控制模塊D供電； 所述直流變換模塊C包括高頻直流轉直流變換器、運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊；運放供電電壓模塊、APD負向偏壓模塊和智能控制正向低壓供電模塊分別與高頻直流轉直流變換器電連接； 讀出與校正:所述智能控制模塊D包括成像系統和智能1C ;所述讀出系統E包括APD陣列和讀出電路；所述APD陣列中的APD器件的數量和讀出電路數量相等，每個APD器件與一個讀出電路電連接；每個AH)器件和讀出電路分別與智能1C電連接，智能1C還分別與成像系統、高頻直流轉直流變換器和智能控制正向低壓供電模塊電連接；所述運放正向供電電壓模塊和運放負向供電模塊分別與讀出電路電連接并且分別為讀出電路提供正向電壓電源和/或負向電壓電源；APD負向偏壓模塊與APD器件電連接并且為APD器件提供負向壓偏置電壓；智能1C通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測AH)器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個器件的CTIA的輸出得到校正；所述智能1C還對APD陣列中的各個APD器件的差異進行校正補償。
6.根據權利要求5所述的智能AH)陣列讀出方法，其特征在于:讀出與校正步驟中，智能1C根據將讀出電路的輸出與參照圖片或背景的拍照進行比對的結果，通過算法對每個與APD器件相對應的讀出電路的輸出信號進行逐一校正。
7.根據權利要求6所述的智能Aro陣列讀出裝置，其特征在于:智能1C通過選址接收讀出系統E的讀出電路的讀出信號，并對讀出信號進行處理，再將讀出信號送至成像系統成像；智能控制模塊D根據監測APD器件的偏壓以及對標準圖像的比對發出偏壓校正控制信號給高頻直流轉直流變換器，使APD負向偏壓模塊和各個APD器件的CTIA的輸出得到一次性校正。
8.根據權利要求5或6或7所述的智能APD陣列讀出方法，其特征在于:功率變換步驟中，功率變換模塊B輸出的穩定的直流電壓為隔離電壓或者非隔離電壓。
【文檔編號】H04N5/378GK104394340SQ201410676469
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】陳敦軍, 雷建明, 張 榮, 鄭有炓 申請人:南京大學