Speaker
佳 王
(西北工业大学)
Description
为了满足碲锌镉等半导体辐射探测器的应用需求，设计了一种大动态范围、低噪声、具备通道地址编码功能的32通道前端读出ASIC芯片。每个通道由电荷灵敏放大器CSA、慢/快成形器、峰值检测保持电路、甄别器组成。CSA的反馈电容可调来提供不同增益和线性范围。慢成形器的达峰时间可调以实现较优噪声性能。为了提高芯片读出速度节省芯片管脚，每个通道均内置快速通道地址编码器，全芯片采用事件触发读出方式。当某通道被粒子击中时，只输出该通道的能量和地址。
前端读出模拟电路可由内置LDO电路提供电源，提高了电源噪声抑制能力。为了提高动态范围，设计了一种基于差分放大器和MOS电阻的4阶慢成形器。基准电压由内置bandgap电路提供，将基线钳位在电源和地之间的中间电位。因此，可以支持正向/负向电荷信号的放大，也可对探测器的泄露电流进行补偿。电阻采用栅极接地的PMOS管实现降低芯片面积并提高线性范围。末级成形器采用poly电阻，从而在电路面积和线性度之间实现折中设计。
所设计电路采用标准商用0.18 $μm$ 1P6M混合信号CMOS工艺制造并进行了测试。单通道版图面积为80×900$μm^2$。测试结果表明：转换增益为25mV/fC，ENC为180 $e^-$ + 12 $e^-$/pF，功耗为5.2 mW/Chan.@Vdd=3.3V。ASIC和碲锌镉探测器连接分别采用$^{241}Am$和$^{137}Cs$进行了能谱测试，能量分辨率约为6.5%@59.5keV和1.7%@662keV。其他设计信息将在报告中详细介绍。
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佳 王
(西北工业大学)
