Speaker
坤妤 谢
(中国科学院高能物理研究所，核探测与核电子学国家重点实验室，中国科学院大学)
Description
摘要：在高能物理领域，通常采用阵列式硅探测器确定粒子的径迹。近年来，随着半导体工艺的发展，探测器和读出电路集成到单片晶圆上的CMOS硅探测器的趋势日益显著。本论文将阐述单片high voltageCMOS硅径迹探测器读出芯片的具体设计。芯片采用HVCMOS 55nm工艺制程，以deep n-well作为电荷收集极，对p型衬底施加负向高压，粒子击中产生的电离电荷主要以漂移的方式快速地进入deep n-well，相比于采用标准CMOS工艺的MAPS（Monolithic Active Pixel Sensor）芯片，提高了电荷收集的速度。
电路设计目标是在满足所需指标的前提下，通过优化设计提高信噪比，减小芯片整体功耗和版图面积，并降低像素间的不一致性。单个像素读出电路也放置在deep n-well内，主要包含高速低噪声前置放大器、阈值甄别器和相应辅助电路。前置放大器是整个读出链路的关键，建立时间控制在10ns以下，等效噪声电荷控制在100e-以下。甄别器的阈值可通过外围DAC调节；为了减小甄别器的大摆幅对电荷收集的影响，设计了特殊的电路结构；同时不同像素间阈值不一致性的修正是芯片设计一大重点。该芯片最终设计将集成小规模像素阵列和必要的周边电路，像素内读出电路的电流偏置和电压偏置均由芯片外围的数模转换器提供，地址编码逻辑、LVDS接口电路等模块也集成到片内。
