Speaker
刚 陈
(中国科学院近代物理研究所)
Description
甚大面积伽马射线空间望远镜（Very Large Area Gamma-ray Space Telescope, VLAST）是我国自主提出的新一代空间高能天文观测平台，主要科学目标聚焦于暗物质粒子间接探测、高能时域天文及宇宙线物理等前沿领域。其径迹及低能伽马探测器（Silicon Tracker and low Energy gamma-ray Detector, STED）由16个硅微条探测大层构成，总读出通道数超过137万，每个通道的探测器等效电容高达约100 pF。为满足STED对大动态范围、低噪声及低功耗的读出需求，我们研制了一款16通道前端读出ASIC——SiReadout-S。该芯片每个通道集成了电荷灵敏放大器、漏电流补偿电路、极性选择电路、CR-RC成形器、多重负反馈滤波器、采样保持电路、甄别器、时序控制电路及输出缓冲器，构建了完整的低功耗、低噪声信号处理链路。SiReadout-S采用180 nm CMOS工艺流片，芯片面积为3.22 mm × 2.23 mm。电性能测试结果表明，在正电荷输入模式下，单通道增益大于7 mV/fC，核心电路功耗仅为298 μW/通道，线性误差小于2.1%，动态范围达220 fC，通道间增益最大不一致性为1.24%，典型通道的等效噪声电荷（Equivalent Noise Charge, ENC）在0 pF下为671 e⁻，噪声斜率为2.8 e⁻/pF。在与16通道硅微条探测器的联合测试中，系统对 $^{241}$Am放射源5.486 MeV特征峰的能量分辨率达到3.86%。上述结果表明，SiReadout-S能够满足VLAST-STED的严苛需求，为未来空间高能物理实验中的大规模前端读出芯片设计提供了可靠的技术方案。
