塑闪阵列探测器读出ASIC阈值产生与调节电路的设计

基于GF 0.18 um CMOS工艺,设计并实现了ASIC芯片中的重要组成部分−阈值产生与调节电路,包括DAC模块和基于SPI慢控接口模块的控制模块。为了有效减少ASIC芯片版图面积、降低功耗,同时提高调节精度,提出通过组合高、低两个4位的DAC实现一个8位DAC的阈值调节,其中多个通道复用一个高4位DAC进行阈值粗调,每通道各自包含一个低4位DAC进行阈值细调。SPI慢控接口模块不仅实现对8位DAC输入的控制来调节触发阈值,还能够控制前放的增益和成型时间的档位。测试结果表明:DAC模块的DNL<0.10 LSB;INL<0.18 LSB;阈值粗调范围约为900 mV;阈值细调范围约为60 mV,精度误差小于7%,可满足ASIC芯片中的甄别器对阈值调节的需求。

用于PET读出的多通道滤波成形ASIC芯片研制

为了实现重离子治癌in-beam PET系统中能量信号的高精度测量,该文设计并实现了一款多通道滤波成形专用集成电路(ASIC)芯片。该芯片包含4个通道,每通道由极零相消、低通滤波以及增益补偿缓冲输出电路组成,特点为:基于3.3 V供电;采用350 nm CMOS工艺设计;流片尺寸为2.6 mm×1.25 mm。实验室电子学性能测试表明:该芯片具有4挡可调达峰时间(50 ns、100 ns、1 us、2 us),动态范围可达-0.8^+1.0 V,每通道功耗为6.6 mW,线性度优于0.12%,能量分辨优于0.3%,长时间工作稳定,通道串扰低于0.32%,增益误差小于1.01%。经放射源^22Na与LaBr3探头和光电倍增管(PMT)联合测试表明,该芯片能量分辨优于商用ORTEC 572主放插件,能够实现高精度的in-beam PET能量信号测量。

塑料闪烁体阵列探测器读出ASIC中峰值保持电路的设计

塑料闪烁体阵列探测器(PSD,简称塑闪阵列探测器)的输出信号经过前置放大器和滤波成形电路后输出准高斯波形,利用峰值保持电路可对准高斯波形信号的峰值进行采样和保持,以便后续的电子学系统对其进行进一步的分析。本工作采用180 nm CMOS工艺设计并实现了一款峰值保持电路ASIC芯片,每通道主要由跨导放大器(OTA)、电流镜和充电电容三部分电路组成。实验室电子学功能和性能测试结果表明:峰值保持电路功能良好;输入动态范围为33~940 mV,非线性误差优于0.8%,下垂速率好于8.6μV/μs,峰值探测延迟时间小于35 ns,芯片单通道静态功耗为825μW,达到设计要求。