隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,光子飛行時(shí)間的測量技術(shù)在通信存儲、激光測量、軍事國防、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。微通道板是一種性能優(yōu)良的光電探測器件,高時(shí)間分辨率、高空間分辨能力、高增益和低噪聲等特性使其具有顯著優(yōu)勢和利用價(jià)值。微通道板探測器負(fù)責(zé)探測光子,將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。讀出電路芯片對電信號進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)記錄時(shí)間的功能。將微通道板探測器和高性能面陣讀出電路芯片直接進(jìn)行混合集成是一條必由之路。本論文的主要內(nèi)容為設(shè)計(jì)了一款光子飛行時(shí)間測量專用集成電路芯片,完成了理論分析、電路實(shí)現(xiàn)、版圖設(shè)計(jì)的過程。光子飛行時(shí)間測量系統(tǒng)使用飛行時(shí)間原理,光子飛行時(shí)間是START和STOP之間的時(shí)間間隔。為此,本文討論了模擬前端電路AFE的原理,實(shí)現(xiàn)了低時(shí)間誤差模擬前端電路和低恢復(fù)時(shí)間模擬前端電路兩種結(jié)構(gòu)的前端電路。其中,低恢復(fù)時(shí)間模擬前端電路實(shí)現(xiàn)了7ns的死區(qū)時(shí)間。本文還提出了一種高時(shí)間精度的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC,創(chuàng)新地使用了粗計(jì)數(shù)和細(xì)計(jì)數(shù)結(jié)合的測量電路。這種方式充分利用了延時(shí)單元的結(jié)構(gòu),通過對電流的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對快延時(shí)鏈和慢延時(shí)鏈延時(shí)時(shí)間差的控制,從而保證了50ps的時(shí)間測量精度。本文提出的光子飛行時(shí)間測...

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.6微通道板與芯片混合集成

由上述原理可知,將微通道板探測器和高性能面陣讀出集成電路芯片直接進(jìn)行混合集成是一條必然之路。如圖所示,本文提出將微通道板光子飛行時(shí)間探測系統(tǒng)和專用集成電路ASIC結(jié)合起來�？衫没旌霞杉夹g(shù)完成探測器和讀出電路芯片的一體化,提出基于MCP與ASIC的高時(shí)空分辨率的單光子面陣探測器....

圖2.1模擬前端電路信號轉(zhuǎn)換

光子飛行時(shí)間測量系統(tǒng)中,微通道板探測器將光子轉(zhuǎn)化為電信號,專用集成電路芯片對電信號進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)記錄時(shí)間的功能。模擬前端電路（AnalogFrontEndCircuit,AFE）位于整個(gè)電路芯片系統(tǒng)的最前端。如圖2.1所示,經(jīng)過放大器模塊、比較器模塊等處理,在其內(nèi)部完成了電....

圖2.2電路恢復(fù)時(shí)間

電路工作過程中,脈沖信號輸入的電路需要逐次處理這些信號。當(dāng)一個(gè)信號來臨時(shí),電路需要一段時(shí)間來進(jìn)行當(dāng)前信號的處理,電流流過電路結(jié)構(gòu)中的各MOS管、電阻、電容等元件,使其電位、狀態(tài)發(fā)生改變。當(dāng)前信號處理結(jié)束之后,電路中各元件恢復(fù)到最初的狀態(tài),電路也恢復(fù)到了初始狀態(tài)。模擬前端電路的電路....

圖2.3時(shí)間誤差

其關(guān)鍵指標(biāo)還包括時(shí)間誤差,又稱行走誤差。不同的光信號對應(yīng)著不同的電信號,經(jīng)過放大器放大之后,進(jìn)入比較器比較。對于同樣的閾值,不同大小的信號會對應(yīng)不同的時(shí)間,這就導(dǎo)致了時(shí)間誤差[32]。如圖2.3所示,兩個(gè)坐標(biāo)系的橫軸為時(shí)間,縱軸分別為放大器輸出和比較器輸出。當(dāng)經(jīng)過放大器處理得到的....

本文編號：3944204