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春来 董
Description
本文介绍了一种面向气体像素探测器的模拟前端专用集成电路（ASIC）的设计与仿真，旨在实现高精度能量测量，并在高粒子通量条件下保持稳定的信号整形性能。该芯片基于 GSMC 130 nm CMOS 工艺实现，在紧凑的前端架构中集成了电荷灵敏放大器（CSA）、二阶有源 CR-RC 整形器（SHAPER）、反相放大级（IAS）、峰值保持电路（PHC）以及 4:1 模拟多路复用器（MUX）。
其中，CSA 作为一级放大模块，将探测器输出的电荷信号转换为与之成比例的电压信号；SHAPER 用于噪声滤波和脉冲整形，在典型偏置条件下可产生脉宽约为 10 μs 的准高斯输出信号；IAS 用于调整信号极性并提供额外增益；PHC 用于捕获脉冲峰值，以便后续模数转换；MUX 则实现内部关键节点的选择性监测，从而提供灵活的信号观测能力。
为验证所提出的设计方案，本文进行了大量仿真测试。结果表明，在 1–10 ke⁻ 的输入电荷范围内，该前端电路能够实现良好的电荷-电压线性转换，并保持稳定的整形性能。在典型偏置条件下，前端可在最高 10 kHz 的连续平均事件率下稳定工作。在 100 kHz 的突发条件下（事件间隔等于整形脉冲宽度），前端最多可承受连续 12 个事件而不会产生明显的堆积失真。
此外，突发容忍能力和平均计数率性能均与伪电阻偏置电压 $\mathrm{CSA_VRST}$ 以及信号幅值密切相关；而整形脉冲宽度和幅值则进一步受到 $\mathrm{VGN2}$ 的调控，两者共同为不同实验条件提供了可调的工作点。该前端最终实现了 25.2 e⁻ 的等效噪声电荷（ENC），核心电路面积约为 44 μm × 46 μm。
