TopMetal2芯片中电荷灵敏放大器设计
发布时间：2022-02-15 18:01
随着粒子探测器在高能物理、核医学和矿物分析等领域的广泛应用,新型粒子探测器的研究越来越受到重视,而这些探测器输出的微弱信号需要经过放大、整形后才能被下一级电路处理,因此电荷灵敏前置放大器在探测器读出电路中起重要作用。作为读出电路的前端,电荷灵敏前放的性能直接影响读出电路的性能,其噪声决定了芯片能处理的最小输入电荷。因此,深入研究电荷灵敏前放提高其性能对于读出电路至关重要。本文的主要研究内容是设计TopMetal2像素探测器芯片中的电荷灵敏前放。TopMetal2利用IC制造工艺中的顶层金属作为电子收集极,其单个像素的面积为83.2um×83.2um,阵列大小为72x72,能实现电子的二维空间测量,且TopMetal2芯片空间分辨率高,可以与碲锌镉晶体结合作为碲锌镉探测器,应用于CT成像、离子束流测量等领域,并能够实现高精度测量。TopMetal2芯片是以实现单电子探测为最终目标的探测芯片,其等效噪声电荷的设计指标为30e,这对电荷灵敏前放的设计提出了很高的要求。TopMetal2-芯片采用了x-fa...
【文章来源】：华中师范大学湖北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４二维拟合图像??ＴｏｐＭｅｔａｌ２＿苍片是ＰＬＡＣ实验室自主设计的第二款像素探测器芯片，相比较??ＴｏＭｅｔａｌ芯片，冰＾３１２＿芯片的空间分辨率更高，它的像素个数为７２ｘ７２，而??
硕去学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??版图面积为６４ｕｍ＊３０ｕｍ，用于收集电荷的顶层金属面积为１５ｕｍ＊１５ｕｍ，覆ＳＡ模块的上方。在Ｐｉｘｅｌ的版图设计中，同一层金属尽量走同一个方向，不属交叉走线（如ＭＥＴ１用于水平布线，ＭＥＴ２用于垂直布线）；尽可能的将电的宽些，并且用不同层金属的来布电源线（如电源线宽度为２ｕｍ，用ＭＥＴ＇］４?—起布线）；在布线过程中，要注意处理敏感的信号线（如复位管的输入输线），可Ｗ增加屏蔽线或者将敏感信号线与其他信号线拉开较大的距离。??ｏｐＭｅｔａｌ２＿芯片的整体版图如图４．７所示，包括了?７２＊７２的Ｐｉｘｅｌ?Ａｒｒａｙ、３个化ＡＣ、扫描模块、开关阵列模块、各个子模块的偏置模块和Ｉ／Ｏ单元，整个巧寸是?８０００ｕｍｘ９０００ｕｍ。??
单个Pixel的模拟读出
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of GEM-Micromegas detector on X-ray beam of synchrotron radiation[J]. 张余炼,祁辉荣,胡碧涛,范胜男,王波,刘梅,张建,刘荣光,常广才,刘鹏,欧阳群,陈元柏,伊福廷. Chinese Physics C. 2014(04)
[2]基于曲率补偿的高精度基准电流源的设计[J]. 张亮,张国俊. 微电子学与计算机. 2014(01)
[3]低噪声电荷灵敏前置放大器关键技术的现状与发展[J]. 彭进先,刘国福,杨俊,罗晓亮. 核电子学与探测技术. 2012(01)
[4]PET/MRI新技术应用研究进展[J]. 王强,王荣福. CT理论与应用研究. 2011(03)
[5]室温半导体探测器的发展和应用[J]. 王震涛,张建国,杨翊方,王海军. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[6]低噪声运算放大器噪声分析[J]. 葛维维,刘佑宝. 微电子学与计算机. 2007(02)
[7]低噪声CMOS电荷灵敏前置放大器[J]. 邓智,康克军,程建平,刘以农. 清华大学学报(自然科学版). 2005(12)
[8]低噪声CMOS电荷灵敏前放的ASIC设计[J]. 邓智,程建平,刘以农,康克军. 核电子学与探测技术. 2005(06)
[9]新型半导体探测器发展和应用[J]. 孟祥承. 核电子学与探测技术. 2004(01)
[10]工业核仪器应用中的闪烁探测器[J]. 吴永康. 核电子学与探测技术. 2001(05)
硕士论文
[1]一种用于MicroMegas探测器的电荷灵敏前置放大器设计[D]. 许波.湖南大学 2013
[2]一种应用于CZT像素阵列的核辐射探测器读出电路的研究[D]. 刘凤琳.重庆大学 2012
[3]低噪声放大器的设计及其稳定性的研究[D]. 孙伟程.西安电子科技大学 2012
[4]不同状态下CMOS管的1/f噪声对低噪声CSA的影响[D]. 李衍存.清华大学 2009
[5]GPS系统芯片的后端设计与验证[D]. 张文娟.西安电子科技大学 2009
[6]低噪声CMOS运算放大器的研究与设计[D]. 詹昶.华中科技大学 2007
本文编号：3627078
【文章来源】：华中师范大学湖北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４二维拟合图像??ＴｏｐＭｅｔａｌ２＿苍片是ＰＬＡＣ实验室自主设计的第二款像素探测器芯片，相比较??ＴｏＭｅｔａｌ芯片，冰＾３１２＿芯片的空间分辨率更高，它的像素个数为７２ｘ７２，而??
硕去学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??版图面积为６４ｕｍ＊３０ｕｍ，用于收集电荷的顶层金属面积为１５ｕｍ＊１５ｕｍ，覆ＳＡ模块的上方。在Ｐｉｘｅｌ的版图设计中，同一层金属尽量走同一个方向，不属交叉走线（如ＭＥＴ１用于水平布线，ＭＥＴ２用于垂直布线）；尽可能的将电的宽些，并且用不同层金属的来布电源线（如电源线宽度为２ｕｍ，用ＭＥＴ＇］４?—起布线）；在布线过程中，要注意处理敏感的信号线（如复位管的输入输线），可Ｗ增加屏蔽线或者将敏感信号线与其他信号线拉开较大的距离。??ｏｐＭｅｔａｌ２＿芯片的整体版图如图４．７所示，包括了?７２＊７２的Ｐｉｘｅｌ?Ａｒｒａｙ、３个化ＡＣ、扫描模块、开关阵列模块、各个子模块的偏置模块和Ｉ／Ｏ单元，整个巧寸是?８０００ｕｍｘ９０００ｕｍ。??
单个Pixel的模拟读出
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of GEM-Micromegas detector on X-ray beam of synchrotron radiation[J]. 张余炼,祁辉荣,胡碧涛,范胜男,王波,刘梅,张建,刘荣光,常广才,刘鹏,欧阳群,陈元柏,伊福廷. Chinese Physics C. 2014(04)
[2]基于曲率补偿的高精度基准电流源的设计[J]. 张亮,张国俊. 微电子学与计算机. 2014(01)
[3]低噪声电荷灵敏前置放大器关键技术的现状与发展[J]. 彭进先,刘国福,杨俊,罗晓亮. 核电子学与探测技术. 2012(01)
[4]PET/MRI新技术应用研究进展[J]. 王强,王荣福. CT理论与应用研究. 2011(03)
[5]室温半导体探测器的发展和应用[J]. 王震涛,张建国,杨翊方,王海军. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[6]低噪声运算放大器噪声分析[J]. 葛维维,刘佑宝. 微电子学与计算机. 2007(02)
[7]低噪声CMOS电荷灵敏前置放大器[J]. 邓智,康克军,程建平,刘以农. 清华大学学报(自然科学版). 2005(12)
[8]低噪声CMOS电荷灵敏前放的ASIC设计[J]. 邓智,程建平,刘以农,康克军. 核电子学与探测技术. 2005(06)
[9]新型半导体探测器发展和应用[J]. 孟祥承. 核电子学与探测技术. 2004(01)
[10]工业核仪器应用中的闪烁探测器[J]. 吴永康. 核电子学与探测技术. 2001(05)
硕士论文
[1]一种用于MicroMegas探测器的电荷灵敏前置放大器设计[D]. 许波.湖南大学 2013
[2]一种应用于CZT像素阵列的核辐射探测器读出电路的研究[D]. 刘凤琳.重庆大学 2012
[3]低噪声放大器的设计及其稳定性的研究[D]. 孙伟程.西安电子科技大学 2012
[4]不同状态下CMOS管的1/f噪声对低噪声CSA的影响[D]. 李衍存.清华大学 2009
[5]GPS系统芯片的后端设计与验证[D]. 张文娟.西安电子科技大学 2009
[6]低噪声CMOS运算放大器的研究与设计[D]. 詹昶.华中科技大学 2007
本文编号：3627078
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