第二十三届全国核电子学与核探测技术学术年会（NED2026）

基于CZT探测器的128通道能量时间前端读出ASIC设计

11 Aug 2026, 15:30

15m

太室宴会厅 (中州华鼎饭店)

口头报告 电子学 Parallel 2 - session 3 (electronics)

Speaker

佳 王 (西北工业大学)

Description

为了满足像素型CZT探测器的成像和能谱修正需求，同时测量入射粒子的能量和时间信息，我们设计了一款包含128个阳极通道和2个阴极通道的前端读出ASIC芯片。在传统信号处理链路中，需要分别设计时间通道和能量通道，电路面积和功耗较大。为了解决该问题，我们设计了一种基于峰保电路的时间检测电路，去掉了快成形器，减小了单通道的面积和功耗。为提高集成度，触发信号直接送入通道集成的12位TDC电路实现数字化。该TDC采用基于DLL的粗-细两级结构。粗量化和细量化分别通过全局计数器和通道内多相时钟插指采样电路实现。由于进行了模块复用，进一步减小了通道面积和功耗。芯片内包含一个后端数据处理模块，主要完成时间信息和被击中通道地址的编码、峰保复位等控制信号的生成、输出数据包拼接、并串转换等功能。能量峰保信号通过一个128选一多路选择器输出到管脚。为了提高通道一致性，设计了一个两级DAC电路用于生成甄别器的基准电压。
芯片采用0.18 μm 1P6M标准商用混合信号CMOS工艺流片。芯片面积为2.6mm×6.6mm，功耗为2.5mW/Channel，电荷电压转换增益为21mV/fC，非线性误差为3.9%。测得能量分辨率为6.7%@59.5 keV，1.35%@662keV。片上TDC的时间分辨率约为9.7ns。完成了该芯片和一款11×11像素阵列的CZT探测器的能谱测试。更多信息将在报告中给出。