SDD探测器前端信号读出电路设计

发布时间：2021-09-18 15:13

　　硅漂移探测器（Silicon Drift Detector,SDD）作为一种新型半导体辐射探测器,具有低电容、低噪声、响应时间快、能量分辨率高等优势,被广泛应用于航空航天、高能物理实验、医疗仪器、矿物勘探等领域,具有广阔的应用前景。前端读出电子电路将硅漂移探测器输出的微弱信号放大后进行滤波整形,输出对称的高斯电压波形,前端读出电子电路的性能将直接影响整个硅漂移探测器辐射检测系统的能量分辨率,这要求其具有低噪声、高电荷-电压增益、高线性度、小面积等特点,其中噪声是整个读出电路中最关键的指标。本论文研究与设计了用于硅漂移探测器信号的前端信号低噪声读出专用集成电路,具体研究工作如下:1.针对硅漂移探测器及其微弱的输出信号,设计了两级电荷放大电路,在前级实现了32×24倍的精确电荷放大,有效的抑制了后级放大电路的噪声并实现高电荷-电压增益;设计了单端输入双端输出半边折叠式共源共栅放大器,将电荷放大电路中的积分电容与源跟随器输出端隔离,有效的减小了电荷放大电路的增益非线性。2.为了克服硅漂移探测器漏电流受温度变化以及反向偏压的波动影响,设计了基线稳定电路,以及对应的p A级电流偏置电路,保证了当... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

输出peaking电压归一化后的CR-(RC)n滤波器输出响应图[50]

第3章SDD探测器信号读出电路设计374.反馈MOS管M1的优化：M1管的跨导应该尽可能的小，该管应该设计为又长又窄的倒比管。5.电荷放大倍数N：第一级的电荷放大电路对后级所有电路的噪声都有良好的抑制作用，尽可能取大的第一级放大倍数，本文N1=32。6.探测器：探测器的漏电流Ileak和体电容越大，ENC也越大，当然这部分指标不是电路设计决定的。图3-13ENC噪声与达峰时间τp的关系[55]滤波成形电路探测器输出的电荷信号由两级电荷放大电路精确放大后，由滤波成形电路转化为电压信号。在时域上，滤波成形电路可以将信号波形整形为对称且具有固定达峰时间的准高斯波形，所以也称其为整形器(shaper)；滤波成形电路的本质是滤波器，即在频域上，滤除前级电路的高频噪声，并放大基带信号，提高信噪比。本论文设计的滤波成形电路如图3-14所示，C4和M4为滤波成形电路和电荷放大电路共有部分，在上节我们分析了电荷放大电路的电荷放大机理，且仿真出了点4的电压波形为向下的阶跃函数波形(近似)，通过C4以电流iin的形式耦合进入滤波器，电流iin携带的电荷信号为N1·N2·Qd。

第4章带隙基准与偏置电路设计57位M1~M5全部关闭，可以作DC分析，这个状态是可以存在的；第三个状态，指电路只启动到一半，带隙基准采用的Q1和Q2中PN结被内部寄生的低导通压降PN结所取带，导致电路整体电流偏小，输出基准电压偏低。关于半启动状态兼并点的分析见文献[57]。图4-4带隙基准在三个典型工艺角以及0.2V供电电源偏差情况下基准电流DC温度扫描仿真图图4-5带隙基准上电启动蒙特卡洛瞬态仿真图图4-1中，MS1、MS2、MS3以及RS构成了启动电路，RS为限流电阻，其阻值大小决定启动电路的静态电流功耗，MS1的宽长比是MS2大约10倍，MS3的宽长比是

【参考文献】：
期刊论文
[1]像素碲锌镉探测器低噪声读出芯片设计与测试[J]. 罗杰,邓智,刘以农,王光祺,李红日.  清华大学学报(自然科学版). 2012(07)

硕士论文
[1]深空探测中的X射线脉冲星导航方法研究[D]. 王奕迪.国防科学技术大学 2011



本文编号：3400364