數字X射線（DXR）系統以固態傳感器代替膠片式探測器，包括平板探測器和線性掃描探測器。平板探測器采用直接或間接變頻。在直接變頻中，硒光電池組成電容性元件，直接將高頻光子轉換為電流信號。

而在間接轉換中，碘化銫閃爍計數器首先將光子轉換為可見光，然后硅光電二極管陣列將可見光轉換為電流信號。每個光電二極管代表一個像素。低噪聲模擬前端將來自每個像素的小電流轉換為大電壓，然后再將電壓轉換為數字數據并傳遞給圖像處理器。

典型的DXR系統（見圖1）能以高采樣速率將多個通道多路復用至單ADC，同時不會犧牲精度。


圖1：數字X射線信號鏈

DXR檢測器的制造商通常使用間接轉換系統，在此類系統中，一百萬像素以上的平板探測器或光電二極管陣列捕獲光子能量，將輸出多路復用至12個或24個ADC.這項技術具有高效的X射線光子吸收和高信噪比，以一半的X射線照射量實時獲得動態高分辨率圖像。每像素的采樣速率較低，數值從針對骨頭和牙齒的幾Hz，到獲取嬰兒心臟圖像所需的最高120Hz.

醫療成像系統必須提供質量更佳的圖像，以實現精確診斷和更短的掃描時間，降低病人所受X射線的照射量。

高性能數據采集

圖2顯示高精度、低噪聲、18位數據采集信號鏈，提供±0.8 LSB積分非線性（INL）、±0.5 LSB差分非線性（DNL）以及99 dB信噪比（SNR）。


圖2：高精度快速設置信號鏈

這類數據采集系統可用于CT、DXR以及其他醫療成像應用中，這些應用都要求在不犧牲精度的前提下提供更高的采樣速率。該系統的18位線性度和低噪聲性能可提升圖像質量，而其5 MSPS的吞吐速率可縮短掃描周期、降低暴露在X射線下的劑量。

對多個通道進行多路復用處理可獲得分辨率更高的圖像，用于器官（如心臟）的完整分析，實現成本合理的診斷，并最大程度降低功耗。精度、成本、功耗、尺寸、復雜性以及可靠性等極為重要。

在CT掃描儀中，每通道使用一個采樣保持電路捕獲連續像素電流，并將輸出多路復用至高速ADC.高吞吐速率允許將很多像素多路復用至單個ADC，可節省成本、空間與功耗。低噪聲和良好的線性度提供高質量的圖像。高分辨率紅外攝像機可從該分辨率中獲益。

過采樣是以比奈奎斯特頻率高得多的速率來對輸入信號進行采樣的過程。過采樣用于光譜分析、MRI、氣相色譜分析、血液分析以及其他需要具有寬動態范圍的醫療儀器中，以便精確監控并測量多通道的小信號與大信號。高分辨率和高精度、低噪聲、快速刷新速率以及極低的輸出漂移等性能可大幅簡化MRI系統的設計，降低開發成本與風險。

MRI系統的關鍵要求之一是在醫院或醫生辦公室中可重復、長期穩定地測量。

為了獲得更佳的圖片質量，這些系統還要求具有更高等級的線性度以及高動態范圍，范圍從直流到幾十kHz.原則上講，對ADC進行4倍過采樣可額外提供1位分辨率，或增加6 dB的DR.由過采樣而獲得的DR改善為：DR = log2 （OSR） x 3dB.許多情況下，Σ-Δ型ADC可以很好地實現過采樣，但要求在通道間實現快速切換或要求進行精確直流測量時，過采樣會受到限制。采用逐次逼近型轉換器進行過采樣還可改善抗混疊性能，降低噪聲。

轉換器架構

成像系統和過采樣應用中使用的精密高速數據采集系統需要先進的ADC.18位、5 MSPS PulSAR差分ADC AD7960（見圖3）采用容性DAC提供無延遲或流水線延遲的噪聲和線性度。該器件具有寬帶寬、高精度（100dB DR）以及快速采樣（200ns）性能，可用于醫療成像應用，同時極大降低了多通道應用的功耗和成本。


圖3：AD7960功能框圖

容性DAC由差分18位二進制加權電容陣列（該陣列還可作為采樣電容使用，采集模擬輸入信號）、比較器以及控制邏輯組成。采樣階段結束后，轉換控制輸入（CNV±）變為高電平，輸入IN+和IN？之間的差分電壓被捕獲，轉換階段開始。

電容陣列中的每一個元件在GND和REF之間逐次切換，電荷被重新分配，輸入與DAC值進行比較，且位根據結果予以保留或丟棄。該過程結束時，控制邏輯產生ADC輸出代碼。AD7960將于開始轉換后約100 ns時返回采樣模式。采樣時間約為總周期的50%，這使AD7960易于驅動，同時放寬了ADC驅動器的建立時間要求。

AD7960系列采用1.8 V和5 V電源供電，以自時鐘模式轉換時的功耗為39 mW （5 MSPS）。AD7960提供3種外部基準電壓選項：2.048 V、4.096 V和5 V，同時片內緩沖器使2.048 V基準電壓翻倍，因此轉換等效于4.096 V或5 V.

數字接口采用LVDS，具有自時鐘模式和回波時鐘模式，提供轉換器和主機處理器之間的數據傳輸（最高達300 MHz）。由于多個器件可共享時鐘，因此LVDS接口降低了數字信號的數量，簡化了信號路由。

它還能降低功耗，這在多路復用應用中尤為有用。自時鐘模式利用主機處理器簡化接口，允許接頭采用簡單時序同步每次轉換的數據。若要讓數字主機采集數據輸出，則需要用到接頭，因為數據不存在時鐘輸出同步。回波時鐘模式提供穩定的時序，但要使用一對額外的差分對。

ADC驅動器

轉換器的采集時間決定了ADC驅動器的建立時間要求。運算放大器的數據手冊通常提供線性建立時間與壓擺時間相結合的建立時間規格；本文提供的公式為一階近似，假設線性建立和壓擺均為50%，采用5 V單端輸入。

AD8031軌到軌放大器緩沖ADR4550基準電壓的5 V輸出。第二個AD8031緩沖ADC的2.5 V共模輸出電壓。其低輸出阻抗可保持穩定的基準電壓，與ADC輸入電壓無關，從而最大程度降低INL.AD8031具有大容性負載穩定性，可驅動去耦電容，以便最大程度降低瞬態電流引起的尖峰，是各類低功耗應用的理想之選。