X射线图像传感器驱动电路的设计

　　X射线成像系统中,X射线图像传感器是关键部件之一,驱动电路是对其读出电路工作时序、逻辑的驱动控制,能有效控制信号的输出与处理时序。驱动信号的波形、相位、前后沿时间和高低电平等,对X射线图像传感器的正常工作具有重要的影响^[1]。

　　1　驱动电路及时序关系的要求

　　试验使用重庆大学研制的64元CMOS线阵列X射线图像传感器,其工作电路框图如图1所示。其中驱动信号SH1和SH2分别为采样保持1信号和采样保持2信号,FR为复位信号,S为扫描起始信号,F1和F2为两相非互补时钟信号。SH2在复位前采样,SH1信号在复位后采样,如此两次采样经过差分运算即可消除和抑制噪声。显然,在时序上FR信号必须在SH2延迟一点时间后才到来,而SH1信号在FR信号延迟一点时间后到来,S信号的上升边与SH1信号的下降边对齐。从S信号的上升边,V_⁰¹和V_⁰²开始输出信号,直到SH2信号的下降边。起始脉冲S的宽度小于或等于时钟F1和F2的周期,即S只包含一个F1的正脉冲^[2]。F1和F2的正脉冲不同时出现,两者的正脉冲至少错开50 ns。由于是串接三片64像元的图像传感器,所以F1和F2正脉冲的个数N=3×64。除F1和F2外,其余脉冲的周期相同。

　　2　基于VHDL的驱动电路的设计

　　2.1　线阵列图像传感器驱动电路的设计

　　经过X射线图像传感器驱动电路时序分析,采用VHDL软件进行编程。驱动电路产生的各种信号需要由晶振信号CLK产生。驱动信号之间的时序逻辑关系通过对CLK分频后的时钟的边沿触发、同步或异步形式记数来实现。只要改变触发脉冲、触发条件和计数器大小等,就可以改变信号的时序、频率、脉宽及其占空比。其中通过编写一些截断信号进行逻辑运算操作,信号的波形就可以完全通过软件编程来实现。

　　需要产生F1和F2两相非互补时钟信号,并且对占空比有一定要求。编程思路是利用D触发器的原理,将CLK分频后的一个CP信号延迟某个特定的时钟周期得到CP1,然后将CP与CP1相与起来,得到F1。同理,将和相与,得到F2。所得到的F1和F2为要求的两相非互补时钟信号。取198个F1和F2的正脉冲,即可达到驱动电路的要求。

　　利用MAX+plus软件进行计算机模拟仿真。经过检查、编译和模拟后,驱动信号仿真波形见图2。由于仿真的时间较长,因此一些短周期的信号无法在图2中清楚显示,显示出来的就为一片密集的黑色,将波形放大得到的局部视图见图3,可以清楚看见各个驱动信号之间的时序和逻辑的关系符合X射线图像传感器的驱动要求。

　　将VHDL设计的驱动电路程序下载到可编程逻辑器EPM7064SLC44-10中,并给CPLD分配引脚,用晶振产生的时钟信号作为驱动电路的输入CLK接到CPLD输入引脚的43脚上,利用示波器观察输出波形,达到X射线图像传感器驱动的要求。