用于累积和测量缓慢改变的电荷的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于累积和测量缓慢改变的电荷，尤其是由极低频率的场所感应 的电荷的系统。
【背景技术】
[0002] 已知存在使用电荷积分器（integrator)来测量电荷的系统。该类型的典型结构 如图1中所示。该系统包括电容检测器110,其被连接至电荷积分器120,电荷积分器120 是具有电容反馈130的运算放大器。在该类型的系统中的电荷q的测量是基于将在检测器 系统中累积的电荷转移至参考反馈电容Cf并且使用下面的公式测量该电容的电荷：
[0003]
[0004] 检测器110的电容Cd被连接至具有输入阻抗的电荷积分器120的输入级。该输入 阻抗具有电容特性，并且主要包括系统的动态电容Cdy"=化+l)Cf，并且由与之并联的输入 几何电容Cm轻微地变更。检测器电容Cd和电容Cdy"+Cm的该并联导致了在部分（section) aq在检测器中累积的电荷q被转移至反馈电容Cf。系数a等于： 阳0化]
[0006] 因为（无反馈的）放大器系统的放大系数非常大（通常K= 103...109)，所W对 于典型电容值Cf、Ci"、Cd(在一到几百pF范围内），系数a接近于一。因此，由检测器收集 的电荷几乎100%被转移至反馈电容。由检测器收集的电荷q的量取决于检测器的大小、其 类型（使用的物质，例如气态或者固态半导体），W及累积了生成的电荷的电场的值。为了 最佳地累积该电荷，使用相对高的电压为检测系统供电。
[0007] 在系统实现了最佳的噪声参数，其中，输入电路是基于去除了反馈电阻的JFET晶 体管。在该类型的标准系统中，运使得由结（junction)的反向电流缓慢充电所述反馈电 容。该电流不能够通过使用漏极（漏极）反馈或者光电反馈来进行补偿。运些反馈类型仅 允许控制结的反向电流的增加，而不能改变其方向。
[000引补偿的唯一可能性是连接外部电源，其中，电流的方向（由于在电容Cf上的电荷 的累积所造成的）出现在与由JFET晶体管的栅电流确定的方向相反的方向。当例如半 导体检测器被连接至积分器的输入级时，可能出现运样的情况。运样的系统的示例如图2 中所示。与上面相同地，每个运样的对系统的干扰通常多次地增加了输入噪声水平。在连 接半导体检测器的情况下，出现了结，而该结用方向与晶体管的栅电流方向相反的Id电流 为Cf电容充电。
[0009] 在从PCT申请W02012114291的公开中已知的、如图3所示的、由补偿场效应晶体 管构成的系统中，实现了补偿晶体管Ti的栅电流的类似方法。在该系统中，补偿n-沟道晶 体管的栅电流的结是p-沟道晶体管。在该解决方案中，额外的p-沟道晶体管的结实际上并 没有降低系统的参数，而且，其倾向于提升运些参数，尤其是在高电容的系统的情况下。运 是由于P-沟道晶体管在信号放大处理中W对称方式进行参与的事实。在该系统中，补偿通 常没有完成（运是由于实际上不可能匹配结晶体管W使得它们具有相同的栅电流）。提供 允许实现栅电流的全面均衡的系统的改进是值得期望的。
[0010] 同样值得期望的是，改善用于测量电荷的系统，W使得该系统可W特别适用于累 积和精确地测量缓慢改变的电荷。
【发明内容】
[0011] 运里提供了一种用于测量电荷的系统，包括被连接至电荷积分器的电容检测器， 电荷积分器为具有电容反馈的运算放大器，其中，电荷积分器的输入级包括一对对称连接 的补偿JFET晶体管，它们的栅极被连接至所述电荷积分器的输入级，其中，一对补偿晶体 管中的n-型晶体管的漏极被连接至电压调节系统。
[001引优选地，所述电压调节系统是手动控制的电位计。
[0013] 优选地，所述电压调节系统是适于自动地设定所述n-型晶体管的漏极电压至一 值的系统，其中对于所述值输出电压的恒定分量不变。
[0014] 优选地，对于静态电压，所述n-型晶体管的栅电流低于P-型晶体管的栅电流。 [001引优选地，所述n-型晶体管的漏极由电源供电，该电源的电流与所述n-型晶体管的 漏极的电压电位无关。
[0016] 优选地，所述的系统还包括被连接至P-型晶体管的漏极的调节电源。
[0017] 还提供了一种用于通过系统测量电荷的方法，所述系统包括被连接至电荷积分器 的电容检测器，电荷积分器为具有电容反馈的运算放大器，其中，电荷积分器的输入级包括 一对对称连接的补偿JFET晶体管，它们的栅极被连接至所述电荷积分器的输入级，其中， 一对补偿晶体管中的n-型晶体管的漏极被连接至电压调节系统，其中，所述电压调节系统 用于将P-型晶体管的栅电流设定为等于n-型晶体管的栅电流。
[0018] 优选地，所述系统还包括开关，用于短路连接所述反馈的电容化及被连接至P-型 晶体管的漏极的调节电源，其中，设定所述调节电源，W使得当闭合所述开关时，设定用于 测量电荷的所述系统的输出电压为零。
【附图说明】
[0019] 将通过体现在附图上的示例性的实施例来示出本发明，其中：
[0020] 图1示出了一种已知的使用电荷积分器测量电荷的系统；
[0021] 图2示出了一种已知的半导体检测器；
[0022] 图3示出了一种已知的电荷积分器；
[0023] 图4示出了根据本发明的电荷积分器的示例性的实施例；
[0024] 图5示出了雪崩效果；
[0025] 图6示出了电荷积分器在点P2的电位的改变；
[0026] 图7示出了一种调节的电流源。
【具体实施方式】
[0027] 图4示出了根据本发明的用作为用于测量电荷的系统的元件的电荷积分器的示 例性的实施例。电荷积分器120的输入级（stage) 121包括一对对称连接的JFET晶体管Ti、 了2,它们的栅极被连接至电荷积分器的输入级。由于使用的晶体管的类型（pnp、npn)而对 称的系统的输入的结构使得系统和供电电压进行对称的操作，运限定了系统的操作点。晶 体管TiW及晶体管T3从电流源I。1进行供电，电流源I。1独立于点P1的电位。点P1的电压 的值是为晶体管T3的基极提供恒定电压（发射极电压比该电压大约高基极-发射极结电 压的恒定值）的结果，并且可WW如下方式进行改变（即，进行选择W适当地影响晶体管Ti 的栅电流，说明书将进一步进行说明）。
[002引假设在电荷脉冲的情况下，流过晶体管Ti的电流减小（与此同时，流过晶体管T2 的电流增加）。因为晶体管Ti和T3是由公共电源I。1供电，流过晶体管T1的电流的降低造 成流过晶体管T3的电流的（幅度上）等量的增加。晶体管T3可W被认定为形成了一个共 基极放大器。晶体管T4构成了晶体管T3的负载，同时它本身对称地构成了共基极放大器 0B的一部分，对其而言，晶体管T3构成了有源负载。在该系统中输出脉冲的生成原理如图 6中所示，图6示出了晶体管T3和T4的集电极特性的交点所造成的点P2的电位的改变，其 中VEE是晶体管T3和T4的发射极之间的电压。
[0029] 源1。1构成了生成恒定电流的源，其独立于晶体管T1的漏极的电位。运允许改变 晶体管T3的基极的电位，而不改变流过该晶体管的电流。晶体管T1也可W被视为恒定电流 源。运样的配置允许在Ti晶体管的漏极操作不同的电压。反过来，晶体管Ti的漏极的电位 的改变允许控制雪崩效应所