SiC中子探测器的高速前端读出电路设计

基于平面型SiC中子探测器应用要求,设计了一种5通道高速模拟前端读出电路,并对其性能进行仿真和测试。单个读出通道包括前置放大模块、极零相消电路、滤波整形模块和采样保持电路。针对滤波整形器对电路读出速度的影响,通过改变CR-(RC)n滤波成形器的阶数n与成形时间的大小,在满足电路其它设计指标的条件下,优化电路读出速度。电路采用180 nm CMOS工艺设计,整体版图的尺寸为1423μm×1013μm。仿真结果表明,单个通道的非线性度小于3%,最小输入等效噪声为66.1e-,单通道增益为16.7 mV/fC,成形时间为25 ns。读出芯片的整体功能满足平面型SiC中子探测器的应用要求。

用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计

介绍一种用于新型塑料闪烁体阵列探测器系统的前端读出电子学(FEE)的设计与实现,该前端读出电子学主要基于电荷测量专用的集成电路(ASIC)芯片和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)研制,可实现对多路探测器信号的采集、处理、筛选、打包,并通过LVDS差分接口上传到后端的数据获取系统(DAQ)。同时,该电路设有板载线性标定电路,可实现对各通道电子学性能刻度,设有电源电流、关键芯片及电路温度实时监控等电路,使电路具有较完善的功能和较强的自我保护能力。

PET成像前端读出芯片研究进展

在过去的半个多世纪里,虽然正电子发射断层(PET)成像设备在外型上没有多大变化,但在技术和方法上发生了多次革命性的飞跃。微电子技术在PET成像领域的应用将进一步推动PET向更小体积、更高性能、更低成本等方向发展。从PET系统成像原理出发,详细综述了PET前端读出芯片技术的研究进展。将PET探测器信号的前端读出和信号处理分为光电转换、信号采集、脉冲高度分析、峰值探测和保持、信号数字化和数字信号处理等环节,给出了各个环节的微电子电路实现。然后,描述了PET前端读出大规模专用集成电路的研发进展,指出采用数字电路的方法来处理探测器前端读出和模拟信号处理已经成为PET前端电子的发展趋势,而且集成PET专用DSP的多通道智能前端读出电路已经成为一个重要的方向。

用于CdZnTe探测器的低噪声前端读出电路

设计并实现了一种应用于多通道CdZnTe探测器的低噪声前端读出专用电路,并对其性能进行了测试与评估。每个读出通道由电荷灵敏放大器、漏电流补偿电路、零极相消电路、CR-(RC)4整形器、输出缓冲器以及反相放大器组成。芯片采用TSMC 0.35μm CMOS工艺实现,尺寸为2.6mm×2.2mm。测试结果表明,读出通道的能量分辨范围为5~375keV,每通道功耗小于3.5mW,最小等效噪声电荷仅为49.6e-。将EV公司的CdZnTe探测器与该前端读出电路芯片相连,组成辐射检测系统,并使用241 Am源进行能谱分析,所得能谱主峰的能量分辨率仅为5.2%。

用于CdZnTe探测器的高速前端读出电路

采用0.35μm CMOS工艺,设计了一种用于CdZnTe探测器的16通道高速前端读出电路。整体电路由16个模拟通道、偏置模块和逻辑控制模块组成,每个通道包括电荷敏感放大器、漏电流补偿电路、成形器、基线保持电路、峰值检测保持电路和时间甄别器。分析了高入射频率下主要电路模块的性能及通道的读出时序。仿真结果表明,本前端读出电路的输入能量范围为29~430 keV@1~15 fC,每个通道功耗小于1.8 mW,等效噪声电荷为87.6e^(-),最大能补偿的漏电流为50 nA,达峰时间为150 ns,通道增益为50 mV/fC,非线性小于1%,最高注入频率为500 kHz。

γ-γ符合测量系统的新型前端读出电路研制

研制了一种新型前端读出电路,用于重离子治癌装置中符合测量原型系统的研究和测试。电路主要包括能量链、时间链和数据处理单元。能量链由截止频率7 MHz的抗混叠滤波器和模数转换器(ADC)组成,形成波形采样电路;时间链由高速比较器构成的定时甄别电路和时间数字转换器(TDC)组成;数据处理单元基于现场可编程门阵列(FPGA)设计实现。电路的线性度优于0.8%,噪声小于0.8 mV(RMS)。配合LaBr 3单晶体条测试,能量分辨为4.5%(FWHM),在与LYSO晶体阵列配合测试时,位置映射散点图清晰。该前端读出电路性能优于CAMAC系统,具有较好的实际应用前景。

用于碲锌镉探测器前端读出电路的SAR ADC设计

针对碲锌镉探测器前端读出电路要求低功耗、低噪声、高精度的特点,设计了一种12-bit、1Ms/s的逐次逼近式模数转换器(SAR ADC).该模数转换器由数模转换器(DAC)和比较器等组成.其中DAC采用电荷按比例缩放结构,利用电荷守恒原理,提高了缩放电容的匹配精度.比较器采用多级预放大器级联的动态锁存器结构,采用输出失调校准技术提高了比较器的精度.整个电路采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS混合工艺进行设计和实现.仿真结果表明,在1MHz的采样率、输入为97KHz正弦信号下,SAR ADC的DNL为-0.1/0.37LSB,INL为-0.44/0.32LSB,SNR为65.33dB,ENOB为10.55bit,功耗为1.17mW,满足了系统的设计要求.

基于硅光电倍增管的PET前端读出ASIC设计

针对SPM探测器的特点,采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了基于SPM的PET前端读出ASIC芯片,包括RGC前置放大器、积分器、整形器、采样保持电路等能量测量电路,以及鉴别器、单稳态电路等时间测量电路.Hspice仿真结果表明,该电路能够完成对SPM探测器输出信号的读出和处理功能,满足PET系统设计要求.

基于3D Si PIN阵列热中子探测器的变增益宽动态前端读出电子学设计

基于Si CMOS技术的前端读出ASIC主要是根据3D Si PIN阵列热中子探测器的输出信号特性设计的。所设计的读出ASIC的主要电路模块包括电荷灵敏放大器(CSA)、模拟开关设计、具有三级电荷灵敏自动转换的自动增益控制模块(AGC)、相关双采样(CDS)和基准电流源电路。仿真结果表明,前端电路的输入动态范围为10 fC~8.0 pC。根据热中子探测器输出信号特性设计的ASIC的3个增益系数分别为1.9 V/pC、0.39 V/pC和94 mV/pC。所设计的ASIC的积分非线性小于1%。单通道静态功耗约为5.36 mW。零输入探测器电容时的等效噪声电荷为241.6e;。计数率可达1 MHz。

新型在束PET前端读出电路设计

为提高前端读出电路集成度,并验证自主研发的主放大器专用集成电路芯片MCSA于在束PET成像系统中的应用可行性,采用MCSA替代商用器件,设计了一款新型在束PET前端读出电路。该电路由能量链、时间链、数据采集与处理单元组成。测试结果表明:电路的线性度优于0.78%,全范围平均噪声小于1 mV,时间分辨为341.5 ps,在1〜10 kHz范围不同频率输入信号下工作稳定,能量分辨率为5.2%,二维位置谱中各像素点清晰且位置易分割。主要性能指标达到或接近采用商用芯片作为主放的前端读出电路,可满足应用需求。

基于ToT的PET成像前端读出ASIC设计与实现

To T(Time-over-Threshold)读出策略是在PET成像中利用信号的时间宽度同时获取能量和时间信息的方法。基于To T的前端读出电路具有简单、高效、功耗低、面积小的优点。采用0.35μm CMOS工艺,设计并实现了基于To T的低噪声16通道PET成像前端读出ASIC芯片。为了实现低噪声,在电荷灵敏放大器中采用了输入管尺寸匹配技术,在成形器中采用了低噪声放大器。为了提高响应速度,在电压甄别器中采用了预放大和箝位推挽输出结构。芯片的测试结果表明,能量输入范围为3.5~56 f C,等效噪声电荷为211.4 e^-+16.0 e^-/p F,能量与输入电荷之间的非线性误差小于2%,单通道功耗为1.82 m W。与现有电路相比,该芯片的噪声降低了56.4%,在PET成像系统中具有广阔的应用前景。

SiPM电流模式前端信号读出电路技术分析

阐述硅光电倍增器(SiPM)阵列信号的前端读出电路存在许多设计难点,包括噪声抑制、功耗高以及灵敏度低的问题。探讨各种不同的前端读出电路的工作原理,提出几种读出电路的设计思路,分析电路结构和性能参数。

CZT探测器低噪声读出电路设计

采用TSMC 0.35μm CMOS工艺,设计了CZT探测器低噪声读出电路链和一款多通道能量读出ASIC,该电路将应用于8×8CZT像素探测器的能量读出。给出了系统框图及低噪声能量读出电路链,分析了低噪声技术策略。实验结果表明,能量分辨范围为20keV～4MeV,等效噪声电荷(ENC)小于150个电子,电荷转电压增益为9.2V/pC,非线性度小于3%,多通道串扰小于10个电子,满足设计需求。

新型电荷-频率转换电路设计

设计了一种用于兰州重离子治癌系统中剂量监测的新型电荷-频率转换电路。该电路将输入的电流信号直接转换为脉冲输出,通过计数器对脉冲个数进行计数实现对输入电荷的测量,从而实现对照射剂量的实时监测。实验表明:该电路可实现0.01 n A^1μA范围内双极性电流的测量,在整个测量范围内线性度好于2.71%。