【導讀】X射線的應用非常廣泛，比如機場、火車站的安檢。而行李掃描儀的內核并不復雜，向電機、RS-232，觸摸盤等。本文主要針對安檢中必備的行李掃描儀進行深度解剖
X射線行李掃描儀原理：
當待驗物品須經過X射線輻射，穿過物品卻未被吸收的輻射將被收集在影像探測器（通常為光電二極管）面陣上，這些探測器輸出需要特殊信號調節的超低電平電流，并且需要高分辨率數據轉換器來達到必需的分辨率以正確顯現被掃描的物品。此信號調節有時包含在單片數據采集解決方案中，正如精密模數轉換器 (ADC) 附帶電流-至-電壓 (I-to-V) 轉換的情況一樣。其它時候，離散的極低電流/噪聲前端放大器測量并放大影像探測器面陣的輸出電流，然后驅動獨立的電壓輸入ADC…
X射線行李掃描儀框圖：
圖1
一、DSP處理器
DSP 處理器可用于成像重構，利用影像探測器面陣接收的信號生成掃描物品的圖像
① 高性能單核DSP：
TMS320C6452: 最高性能的定點數字信號處理器
一款C64x+ DSP，在900MHz的時鐘速率具有高達72億每秒（MIPS）的指令性能，DSP內核具有高速控制器的操作靈活性和陣列處理器的數值能力。同時該器件還具有專用硬件邏輯，片上存儲器和額外的片上外設類似于其他C6000 DSP平臺的設備。核心采用了兩級緩存的架構，具有可編程中斷/事件生成模式，復用等外設…
特性：
1．具有1000 Mbps以太網交換機子系統與管理數據輸入/輸出（MDIO）模塊和兩個SGMII端口
2．具有32位33/66MHz，3.3 V外設組件互連（PCI）主/從接口，符合PCI2.3規范
3． 具有增強型直接存儲器存取控制器、4個64位通用定時器和多通道音頻串行端口
② 多核DSP
TMS320C6474: 多核數字信號處理器
基于第三代高性能，先進德州儀器開發的超長指令字（VLIW）架構
③ ARM9，可編程DSP
TMS320DM6446: 達芬奇數字媒體片上系統
充分利用了TI技術，以滿足下一代嵌入式設備的網絡媒體編碼和解碼應用處理的需求
[page]
二、放大器
將用于ADC的影像探測器面陣的低至中頻信號放大需要采用超低電流和噪聲放大器。這些通常是實現所需的寬動態范圍的限幅組件。由于信號幅度各有不同，通常需要一個低噪聲的互阻抗放大器 (TIA)
① 低噪聲放大器
OPA211: 低噪聲、低功耗，精密運算放大器
該系列的精密運算放大器，實現了3.6毫安的電源電流及非常低的噪聲密度。同時還提供軌到軌輸出擺幅，從而最大限度地提高動態范圍。由于其可以提供700ns的建立時間，以16位精度在整個10V輸出擺幅。結合僅125μV的失調和0.35μV/℃溫度漂移，使得其適用于驅動高精度的16位ADC或緩沖的高分辨率輸出DAC…
特性：
1. 極低的電壓和低電流噪聲，高速和寬輸出擺幅，使這些器件在PLL的環路濾波器的放大器應用中成了最佳選擇
2. ±2.25V至±18V，+4.5V至+36V的寬電源電壓范圍
3. 可在小型DFN-8（采用3mm x 3mm）和MSOP-8和SO-8封裝
② 全差分放大器
THS4130：具有關斷功能的全差動輸入/輸出低噪聲放大器
③ 電壓反饋放大器
OPA2835(中文資料)：雙路、超低功耗、軌至軌輸出、負軌輸入、VFB 放大器
三、轉換器
① Δ-Σ類型的ADC通常具有集成電流-至-電壓 (I-to-V) 轉換，可用于將低電平電流轉換為被計算元件處理的數據信息。
② 當單獨的前端放大器提供電流-至-電壓 (I-to-V) 轉換時，通常需要使用電壓輸入ADC。
③ 同時DAC是陣列最常用的的創建基礎
接收ADC
ADS5263(中文資料): 四通道16 位、100MSPS 84.6dB SNR ADC
這款器件使用CMOS工藝技術和創新型電路技術，被設計用來在低功耗下運行，并且在4 Vpp滿量程輸入時提供極高的SNR性能。同時包括一個平均模式，在此模式中，可將兩個通道（或四個通道）平均來改進SNR。可以實現輸入通道和LVDS輸出引腳間靈活映射的可編程映射器模塊。這有助于大大減少LVDS輸出路徑選擇的復雜程度，并且有可能通過減少印刷電路板的層數來獲得更加廉價的系統電路板…
特性：
1. 有一個14位低功耗模式，在這個模式下，此器件運行為一個四通道14位ADC。與16位模式相比，此部件的能耗大約為一半
2. ADC 輸入通道與低壓差分信令 (LVDS) 輸出引腳間的可編程映射 - 簡化了電路板設計
3. 多種測試模式以驗證現場可編程柵極陣列 (FPGA) /接收器的數據捕捉
四、電源管理
供采集系統用于控制系統電源
① DC / DC控制器（外部開關）
TPS40054: 寬輸入 (8V-40V) 最高頻率 1MHz 的同步降壓控制器，僅用作源控制器
該器件屬于高電壓，寬輸入（8 V至40 V），同步，降壓控制器系列，提供了設計的靈活性與多種用戶可編程功能，包括軟啟動，欠壓鎖定，工作頻率，電壓前饋，高邊電流限制和環路補償。同時采用電壓前饋控制技術，在寬輸入電壓范圍可以提供良好的行規，并快速響應輸入線瞬變…
特性：
1. 近乎恒定的調制器的增益隨輸入的變化簡化了環路補償
2. 內置柵極驅動器輸出的高側和同步N溝道MOSFET及可編程的高側檢測短路保護…
3. 可編程固定頻率高達1 MHz的電壓模式控制器
② 監控電路（電壓監控器）
TPS3103E12: 超低電源電流/電源電壓監控電路
③ 降壓型穩壓器
TPS54310: 具有可調節輸出電壓的低輸入電壓 3A 同步降壓轉換器
五、溫度傳感器
通常系統中會有多個通道，導致系統中的環境溫度升高，從而就需要風扇控制的冷卻
① 溫度監控和風扇控制
AMC6821: 溫度監控和風扇控制
一款智能溫度監控器和脈沖寬度調制（PWM）風扇控制器。專為那些需要主動散熱系統的噪音敏感或功耗敏感的應用。使用一個低頻或高頻的PWM信號，該裝置能夠同時驅動一風扇，監視遠程傳感器二極管的溫度，并測量和控制風機的轉速，使之以盡可能低的速度與最小的噪音操作…
特性：
1. 一種智能化自動溫度-風扇模式，無需CPU干預的獨立設備運行;風扇可以繼續被控制（基于溫度測量），即使在CPU或系統鎖定
2. 調節PWM輸出保持一致的風扇轉速在一個用戶指定的目標值，即，該裝置作為一個風扇速度調節器
3. PWM頻率：10Hz至40kHz及0％至100％的占空比、自動風扇速度控制回路
② 溫度傳感器
TMP421：采用 SOT23-8 封裝的 ±1°C 遠程和本地溫度傳感器
如今，X射線行李掃描儀已經成了生活常見、保障交通安全、消除安全隱患的必備裝置，其功能也越來越全面，性能也越來越完善，為了迎合科技的潮流，也正向著智能的趨勢發展，說不定在不久的將來全新的智能行李掃描儀將亮相于車站或機場……
相關閱讀：
淺談無線數字X射線成像技術原理
射線檢測中CMOS的研究
宇宙射線對汽車電子系統的損傷分析
