用于SiC中子探测器的幅度脉冲调制电荷灵敏模拟前端电路设计

针对SiC沟槽型中子探测器输出的极其微弱的电流脉冲信号,设计了一款专用四通道读出集成电路。每个通道由高增益高带宽电荷灵敏放大器、高阶整形电路、峰值保持和时间检测电路组成,优化了电荷灵敏放大器(CSA)反馈回路,提高了增益线性度,避免了漏电流流入对基线的影响。电路能够快速响应输入信号,实现对能量和时间信息的提取。电路采用0.18μm CMOS工艺完成设计,实现了版图设计,后仿真结果表明,系统等效输入电荷范围为1.14 fC~22.35 fC,电荷转换增益为71.19 mV/fC,非线性误差在1.6%以内,等效噪声电荷为22 e^(-)。电路具有高增益高线性度的优点,能很好针对SiC沟槽型中子探测器输出电荷信号的特点,对其进行专用读出放大。

压电MEMS振动传感器信号采集系统设计与实现

针对硅基铌酸锂单晶薄膜压电MEMS振动传感器产生振动信号的特征,设计了基于FPGA平台的数据采集系统。该系统采用AD7606采样芯片,结合状态机的思想,完成了AD采样设计的时序图,实现了数据转换,转换后的数据使用FIFO进行存储,之后通过USB 2.0传输到上位机进行处理。最后搭建了实物验证平台,利用此系统采集振动台输出的振动信号,并用MATLAB对采集到的振动信号进行分析。实验结果表明,当加载加速度为3~20 g时,采集到的电荷与输入加速度之间有较好的线性度。该采样系统能够满足一定的采样速率要求,在压电MEMS振动传感器信号采集领域有广阔的应用前景。

低噪声电荷灵敏前置放大器的噪声分析

本文从基本的噪声模型出发,对自制前置放大器进行定量的噪声分析,并与Pspice仿真和实际测量的结果进行比较。给出等效输出噪声谱、等效噪声电荷、噪声斜率计算的实用公式,供电荷灵敏前置放大器的设计和改进使用。

CdZnTe探测器在便携式探测仪中的设计应用研究

通过分析CdZnTe半导体射线探测器性能,并考虑到电荷灵敏放大器噪声特性,本文设计了用于便携式探测器中的低噪声、小尺寸电荷灵敏放大器。常温下3mm×7mm×3mm的CdZnTe探测器与小尺寸电荷灵敏前置放大器探测系统对于59．5 keV的241 Amγ源,其能量分辨率可达4．38％。

A Fully Integrated CMOS Readout Circuit for Particle Detectors

Novel schemes for a charge sensitive amplifier （CSA） and a CR-（RC）, semi-Gaussian shaper in a fully integrated CMOS readout circuit for particle detectors are presented. The CSA is designed with poly-resistors as feedback components to reduce noise. Compared with conventional CSA, the input referred equivalent noise charge（ENC） is simulated to be reduced from 5036e to 2381e with a large detector capacitance of 150pF at the cost of 0.5V output swing loss. The CR-（RC）,semi-Gaussian shaper uses MOS transistors in the triode region in series with poly-resistors to compensate process variation without much linearity reduction.

碲锌镉探测器的数字核信号处理系统设计

设计了完整的碲锌镉(Cd Zn Te,CZT)探测器数字核信号处理系统,包含了低功耗偏压电源、低噪声电荷灵敏放大器、数字梯形多道脉冲幅度分析器及数字上升时间甄别器。在考虑探测器与后端数字多道优化匹配前提下设计了低噪声电荷灵敏放大器;数字多道脉冲幅度分析器(Digital Multi-Channel Pulse Height Analyzer,DMCA)通过高速模数转换器将模拟核信号离散化后,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中实现数字核脉冲信号处理;FPGA芯片中以快慢双通道梯形成形器为核心,针对碲锌镉探测器空穴收集不完全的问题,设计了数字上升时间甄别模块,有效消除了空穴拖尾效应,显著提升碲锌镉探测器的能量分辨率。从实验结果可知,针对西北工业大学提供的4 mm×4 mm×2 mm的准半球结构碲锌镉探测器对241Am的分辨率最佳可达3.6%,对137Cs的分辨率可达0.96%。

用于化合物半导体探测器的小型电荷灵敏前置放大器

本文介绍了以运算放大器为主要器件的用于化合物半导体探测器的低功耗、低噪声的小型化电荷灵敏前置放大器。

便携式γ能谱仪闪烁探头改进设计及性能研究

为满足当前便携式γ能谱仪对高性能闪烁探头的需要,本文提出了采用CsI(Tl)晶体耦合雪崩光电二极管的方式代替NaI(Tl)晶体耦合光电倍增管以构成新的闪烁探测器,并设计了低噪声电荷灵敏放大器作为探测器读出电路。根据唯一变量原则分别测试了能量分辨率随温度与偏压的变化规律,并对多种放射源的γ射线进行能谱响应实验。实验结果表明:当温度为23℃且偏压为370V时,该闪烁探头对^(137) Cs、^(226) Ra、^(60) Co和^(152) Eu源的γ射线具备优异的能谱响应特性,其中,对^(137) Cs源的γ射线能量分辨率可达4.98%,输出信号信噪比可达21∶1,上升时间为80ns。可见,改进后的闪烁探头的性能有大幅提升,具备能量分辨率更佳、体积更小、抗机械性能与适用性更强等优点。

基于CdZnTe探测器的低噪声小尺寸电荷灵敏前置放大器的设计

通过分析CdZnTe半导体射线探测器的性能,并考虑到电荷灵敏放大器的噪声特性,设计了用于便携式探测器中的低噪声小尺寸电荷灵敏放大器。在常温下,3mm×7mm×3mm的CdZnTe探测器与小尺寸电荷灵敏前置放大器探测系统对于241Amd的59.5keVγ射线的能量分辨率为4.38%。

电荷灵敏放大器及QDC线性研究

北京正负电子对撞机试验束粒子描迹仪系统采用多丝正比室(MWPC)做探测器,粒子信号经电荷灵敏放大器放大,经电荷积分ADC数字化。本文讨论了电荷灵敏放大器的原理及系统的线性,给出了放大器线性度软件仿真结果、电荷积分ADC的性能测量结果及数据采集系统的线性测量结果。

10^(-4) V级微弱脉冲信号放大电路设计研究

微弱脉冲信号(10^(-4) V数量级)一般需要经过信号放大才能用于后端电路处理,设计了一种可用于微弱脉冲信号的放大电路。整个电路主要由电压放大部分和功率放大部分串联构成。其中电压放大是由电荷灵敏放大和二级负反馈串联构成的,而为提高负载能力而设计的功率放大是在射级跟随器的基础上进行改进的.依靠两个特性相同的NPN和PNP三级管以及两个特性相同的二极管构成了推挽型跟随电路,这种设计可消除"开关失真",为消除高压电源带来的电磁干扰,还对电路进行了电磁屏蔽设计。经PCB制备及电路测试,电压信号幅值由10^(-4) V数量级放大到了2V(10~0数量级),放大倍数达到了10 000倍以上,电路总输出端的噪声幅值约为50mV,信噪比为2 000/50=40,可有效分辨有用信号。所设计电路具有放大倍数高、高信噪比、负载能力强、抗干扰等优点,可为微弱脉冲信号的放大电路研制提供参考。

一种单电源电荷灵敏放大器的设计

介绍了采用结型场效应管3DJ7I和集成运算放大器INA155组成的一种单电源电荷灵敏放大器电路的设计,电路具有单电源、低电压、低功耗的特点,适合在半导体个人剂量仪等便携式低功耗的仪器中应用。

管道振动监测预警装置设计

固定在管壁上的高灵敏度振动传感器监测管道遭遇打孔盗油、第三方开挖时引起的振动信号,通过特别设计的电荷变换、程控增益放大、滤波调理电路以及单片机与DSP构成的嵌入式系统对该信号进行分析处理,将管道遭到威胁的信息通过GPRS模块发送到监控中心。在长输管道的应用表明:该系统可以有效地对管道破坏事件进行预警。

高性能微加速度计接口电路的研究

介绍一种可用于微机械电容式加速度计检测的接口电路,该电路利用电荷放大器把电容变化转变成电压变化,再对被加速度信号调制的载波信号进行解调,经过低通放大滤波,最后得到与加速度信号成正比的直流电压信号,具有测量差分电容变化的功能和灵敏度高、线性好的特点。整体电路通过Pspice进行了仿真,优化后制成PCB板进行实验。实验结果线性度为5%,灵敏度为19.5 V/pF,表明该电路是一种具有实用价值的电容式加速度计检测接口电路。

新型电荷灵敏前置放大器研制

基于Multisim软件仿真,研制了一种新型电荷灵敏前置放大器,其输入缓冲器采用JFET构成的共源共栅电路,放大级电路采用集成运算放大器。经测试,信号上升时间为85ns;当RC成形时间为10μs时,零电容噪声为970e,噪声斜率为7.40 e/p F,对^(137)Cs源γ射线测量信噪比为32:1。

极-零相消电路的理论分析与实验验证

本文首先对极-零相消电路的原理进行了深入的理论分析和计算,在该基础之上,针对输入信号的参数指标,设计了具体的电路和实验内容。将理论分析与实验现象相结合,对极-零相消的原理进行了较为充分的实验验证,为设计一款成熟的谱仪放大器提供了宝贵经验。

一种新型电荷放大器的研究与设计

介绍了一种新型电荷放大器设计方法和电路.通过对电荷放大器电路的理论研究,提出用TL081取代大量的分立元件进行电荷放大器的优化设计方案,提高了电路的集成度,使其具有体积小、功耗低、寄生因素少和抗干扰性能强的优点.通过与标准电荷放大器的比较测试实验,验证了该电路的可行性和可靠性.

GFM-Ⅱ型大面积α、β污染测量仪

GFM- 型大面积α、β污染测量仪的探头为平板型流气式正比计数管阵列 ,窗口面积为10 0 0 cm2 ,由 4个灵敏探测区组成 ,每个探测区配有一套电荷灵敏前置放大电路 ,即组成 4套独立的探测通道 ,其特点是 :流气式正比计数器阵列替代单一的流气式正比探头 ,较低的工作电压和快速 α、β同时扫描测量。

远紫外光子计数成像探测器的感应电荷读出方法

为了满足空间远紫外波段成像高空间分辨率和高计数率的探测需求,阐述了光子计数成像探测器的感应电荷读出方法,用于对地球电离层进行远紫外波段遥感探测的成像光谱仪.研究了具有成形网路的电荷灵敏放大器各参数间的关系,从理论上分析了电荷灵敏放大器的上升时间及成形网络的成形时间常数对电荷读出噪声和探测系统计数率的影响,并建立了它们之间的定量关系.提出了电荷读出网络参数的设计和选取原则,并采用适合空间环境的分立电子元件研制出基于楔条形阳极光子计数式成像探测器的电荷读出电路.实验结果表明,所设计的感应电荷读取链路在成形时间为500 ns时链路等效输入噪声电荷约为230 e,电荷灵敏放大器上升时间小于8 ns,与建立的模型计算值有较好的一致性.在入射光强计数率86.2 kcps条件下,所测图像的空间分辨率达到7.13 lp/mm,满足空间远紫外波段成像光谱仪的使用要求.

微振测试系统在实际工程中的应用

为解决工程中微振动测试,采用低频高灵敏度加速度计与极低频电荷放大器,同VXI/E1432A构成测试系统硬件,结合Tdas分析软件,组成了微振加速度测试系统,进行微振加速度测试。结果表明,该系统有较高的测试精度,具有实际应用与推广价值。