【摘要】：在粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中,由于硅微條探測(cè)器具有非�？斓臅r(shí)間相應(yīng)、良好的位置分辨率和很高的能量分辨率等特性,通常作為頂點(diǎn)探測(cè)器,測(cè)量各種帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、對(duì)撞后末態(tài)粒子的次級(jí)頂點(diǎn)和帶電粒子的動(dòng)量。由于硅微條探測(cè)器輸出信號(hào)一般比較小,工作電磁環(huán)境復(fù)雜,為了放大信號(hào),降低噪聲,提高信號(hào)信噪比,前置放大器作為讀出電子學(xué)系統(tǒng)第一級(jí)有源電路,需要對(duì)得到硅微條輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大和降噪處理。由于頂點(diǎn)探測(cè)器一般采用硅微條探測(cè)器陣列會(huì)有很成千上百路讀出條,具有高分辨率、高探測(cè)效率等特點(diǎn)。因此對(duì)前端電子讀出系統(tǒng)提出低噪聲、低功耗、高集成度等要求。本文根據(jù)硅微條探測(cè)器輸出信號(hào)特點(diǎn),通過分析不同前置放大器電路結(jié)構(gòu)性能和不同噪聲特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于Si探測(cè)器讀出的多通道低噪前置放大器ASIC芯片。通過對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和仿真后,實(shí)現(xiàn)兩檔轉(zhuǎn)換增益分別為1mV/fC與2mV/fC。當(dāng)轉(zhuǎn)換增益為1mV/fC,輸入動(dòng)態(tài)范圍為20fC-830fC時(shí),線性度好于1%,芯片單通道功耗6.36mW。該芯片將與實(shí)驗(yàn)室主放芯片結(jié)合,共同實(shí)現(xiàn)硅微條探測(cè)器的讀出電路系統(tǒng)。芯片設(shè)計(jì)采用0.18μm CMOS Global Foundries工藝庫,通過晶圓代工廠的多項(xiàng)目進(jìn)行流片,完成流片后,裸片送交封裝廠封裝。
【圖文】：

硅微條探測(cè)器其中一個(gè)通道的電路結(jié)構(gòu)如圖4.2所示，是由偏置電路、電荷靈敏前置放大

厚度為 296um。圖 4.1 硅微條探測(cè)器其中一個(gè)通道的電路結(jié)構(gòu)如圖 4.2 所示，是由偏置電路、電荷靈敏前置放大器和極零相消電路構(gòu)成。圖 4.2 CSA+PZC 單通道電路結(jié)構(gòu)該單通道電路原理結(jié)構(gòu)采用的是圖 3.3 中所示電路，CSA 核心放大器采用如圖 3.4 中所示折疊共源共柵電路結(jié)構(gòu)。為了增加能量測(cè)量范圍，CSA 的反饋電容Cf采用 1pF、2pF 兩個(gè)檔位，，通過仿真兩檔位測(cè)量的能量范圍分別為 20fC~830fC,20 fC ~1600 fC。當(dāng)反饋電容 Cf=20pF 時(shí),輸入電荷量為 150fC,得到前放的輸出波形如圖 4.3（a），極零相消電路輸出波形為圖 4.3（b）。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN722

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張雅聰;陳中建;魯文高;趙寶瑛;吉利久;;一種粒子探測(cè)器的CMOS讀出電路設(shè)計(jì)(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2007年02期

2 耿波;方方;;用于硅半導(dǎo)體探測(cè)器的電荷靈敏放大器的研制[J];中國(guó)測(cè)試技術(shù);2006年04期

3 鄧智,程建平,劉以農(nóng),康克軍;低噪聲CMOS電荷靈敏前放的ASIC設(shè)計(jì)[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2005年06期

本文編號(hào)：2599642