X射线探测器像素电路及其能量读出电路的设计

发布时间：2024-02-28 01:58

　　由于X射线光子能量高、穿透性强、抗干扰能力强,因此X射线探测器可用于深空探测以及高能物理实验等领域中,随着X射线探测器应用领域扩大、应用环境复杂性不断提高,对X射线探测器读出电路的研究也在不断进行中。本文对X射线探测器中的像素电路及反映其能量幅值信息的读出电路进行了研究,并基于华虹宏力0.13μm工艺对整体电路进行了版图设计,像素阵列为40×50,像素电路版图尺寸为80μm×80μm,典型情况下功耗为22.2μW。像素电路主要包括电荷敏感放大器(CSA)、电压比较器、峰值保持电路等。CSA将输入的电荷信号转化为电压信号并放大,分别通过电压比较器与峰值保持电路等输出X射线击中时间脉冲信息以及能量幅值信息。为实现像素电路的调试,由5位电流舵数模转换器(DAC)、R-2R电阻网络DAC为整体电路提供稳定的偏置电压、电流,电流舵DAC总的输出范围为0～3.2μA,步长为99.89n A。电压DAC总的输出范围为0～1.44V,其中7位电压DAC提供CSA复位电压,步长为11.14m V;8位电压DAC提供电压比较器阈值,步长为5.59m V。像素电路输出的反映能量幅值的模拟电压在行列选择开关的...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2单个像素内部电路简化图以及对应模拟和数字读出通道的阵列外围模块[13]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-该像素电路可实现模拟读出与数字读出，模拟读出中，Node1结点的电压通过源极跟随器直接输出顶层金属的电压，行列信号选通后通过模拟缓冲电路输出。通过测量缓冲电路输出的电压，推算出Topmetal收集到的电荷量。经过测试验证后，其模拟读出的等效电荷....

图1-3ARGOS卫星实验平台和X射线气体正比计数探测器错误!未找到引用源

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-研究。但由于输入射线能量低、探测器尺寸过大、噪声干扰严重、处理速度低而难以实现。如图1-3所示为ARGOS(AdvancedResearchandGlobalObservationSatellite)卫星试验平台以及所搭载的X射线探测器[15]....

图1-4XRPIX横截面示意图[30]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-但在120V的反向偏置电压下，高阻率硅层并未实现全耗尽，因此影响了电荷收集效率[29]。图1-4XRPIX横截面示意图[30]为了进一步提高射线探测器芯片的能量分辨率、降低像素阵列的读出噪声、提高电荷收集效率[31]，该团队进一步提出了XRPI....

图1-5XRPIX1b的像素电路结构图[32]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-但在120V的反向偏置电压下，高阻率硅层并未实现全耗尽，因此影响了电荷收集效率[29]。图1-4XRPIX横截面示意图[30]为了进一步提高射线探测器芯片的能量分辨率、降低像素阵列的读出噪声、提高电荷收集效率[31]，该团队进一步提出了XRPI....

本文编号：3913296