Speaker
雪蕾 黄
(西北工业大学)
Description
随着核医学成像、安检安防、天体物理观测等领域的发展，三维位置灵敏像素化碲锌镉（Cadmium Zinc Telluride, CZT）探测器凭借高能量分辨率、高探测效率和可室温工作的特性，成为辐射探测领域的核心器件。然而，探测器像素的持续微型化与通道数大幅增长，对前端读出系统的模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）提出了严苛要求：不仅需要高分辨率保证能量测量精度，还必须同时实现紧凑面积与低功耗。如何在有限芯片资源下实现高性能多通道数字化，成为制约探测器发展的关键瓶颈。针对这一挑战，本文提出了一款名为HAEMADC1的14位多通道混合架构ADC。该混合ADC由7位增量型ΔΣ（Incremental Delta Sigma）ADC完成粗量化，8位循环型（Cyclic）ADC完成细量化。该设计结合了IΔΣ ADC通过噪声整形和过采样实现高精度的特性，以及循环型ADC高速小面积的优势；同时实现了放大器、子ADC和子DAC等核心模块在粗量化与细量化阶段的共享，大幅降低了硬件开销。此外，在IΔΣ调制器中引入前馈路径绕过调制器环路，减少了电路中非理想效应对输入信号的影响。
基于0.18 µm标准CMOS工艺，本工作完成了8通道原型芯片的设计与流片验证。在无任何校准条件下，测试结果表明，该ADC单通道信噪失真比（SNDR）达74 dB，无杂散动态范围（SFDR）达81.79 dB；在28.7 kS/s采样率下，单通道功耗仅120 µW，单通道核心面积仅为80 µm × 500 µm（0.04 mm²），面积效率高达9.76 µm²/code。
