簡介

X 射線成像的應用范圍很廣，從醫學診斷到安全檢查和食品檢驗，它可以根據需要來識別材料、找出缺陷并計算數量。無論用途為何，X 射線成像都必須精確且高質量。

MDC91128是一款高度集成的低噪聲、電流輸入模數轉換器 (ADC)，可用于掃描 2D X 射線、3D 計算機斷層掃描 (CT) 以及其他高通道數的光電二極管應用。圖 1 顯示了采用 MDC91128 的系統完成的X 射線掃描示例。

X射線掃描系統

在用于行李掃描儀和其他安全與質量檢查的典型X 射線掃描應用中，X 射線源直接指向傳送帶上、X 射線下方通過的物體（見圖 2）。

當 X 射線穿過目標物體時，它們會隨著路徑中材料的密度而衰減。將 X 射線轉換為數字形式需要幾個步驟。首先，在移動的傳送帶下方，有線性（1 像素寬x多像素長）光電二極管探測器陣列暴露在穿透目標物體的 X 射線之下。

由于硅光電二極管能夠比 X 射線光子更有效地檢測可見光光子，因此在硅光電二極管頂部疊加一層閃爍體材料。這種材料會響應 X 射線的激勵而產生可見光光子。隨后，閃爍體下方的光電二極管陣列會產生與可見光成比例的微小電荷。

像素信號一旦進入電氣域，模擬/混合信號 IC 就對其進行處理，并將之轉換為數字數據。 MPS 的 MDC91128 可直接連接光電二極管陣列的輸出并對其進行數字化。

MDC91128簡介

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

該器件的傳感器陣列連接方法，讓每個光電二極管都能為 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) 除以積分時間 (t)，因此可用以下公式 (1) 來計算：

輸入范圍和積分時間可根據預期的滿量程電流來選擇。MDC91128 支持從 4pC 到 25pC 的輸入范圍，以及從 166μs 到 100ms 的積分時間。10pC 輸入和 100ms 積分時間支持 100pA 的平均滿量程輸入電流；25pC 輸入和 250μs 積分時間支持 100nA 的平均滿量程輸入電流。靈活的配置特性使 MDC91128 能夠支持各種信號電平的應用。

128 個輸入通道被分為兩個 64 通道組，兩組可以分別控制輸入范圍和積分時間。積分放大器的輸出電壓由 ADC 隨后轉換為可選的16 位或 20 位數字結果。MDC91128 的架構允許無死區時間的背靠背積分周期，確保了無損捕獲全部曝光過程。

當輸入范圍設置為 25pC 且輸入電容為 20pF 時，MDC91128 可實現滿量程范圍，均方根 (rms) 噪聲低于 19ppm（見圖 4）。這相當于 2,728 個電子，實現了具有高動態范圍的 X 射線掃描。

轉換后的數字數據被送入片上 FIFO 緩沖區，通過串行端口可訪問該區域。緩沖區為 MDC91128 的 128 個通道中的每一個通道都保存 32 個結果（20 位或 16 位）。這緩解了從 MDC91128 回讀數據的系統時序挑戰。串行端口的運行頻率高達 40MHz ，具有雙輸出，并支持 80Mbps 的數據傳輸速率。

X 射線掃描探測器通常都需要多于 128 個通道，MDC91128 的輸出數據可采用菊花鏈拓撲級聯，從而實現從多個串聯的 MDC91128 數據轉換器 IC 中順序回讀數據（見圖 5）。

結語

MDC91128具備可配置性、高性能和高集成度等多項優勢，可為 X 射線掃描系統和工業成像應用提供高性價比、高質量的圖像。與此同時，MPS 還在不斷豐富其數據轉換器系列產品，并廣泛應用于 X 射線成像、數據采集系統和移動通信系統。