四通道低噪聲GEM探測器前端讀出ASIC設(shè)計(jì).pdf

1、GEM探測器是一種新型粒子探測器，具有結(jié)構(gòu)簡單、位置測量精度好、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。經(jīng)過對GEM探測器各個(gè)PAD輸出的電荷量進(jìn)行測量，然后再通過電荷重心法可以準(zhǔn)確推算出入射粒子的位置。由于一般采用PAD進(jìn)行讀出，GEM探測器需要的讀出電子學(xué)通道數(shù)非常多，有數(shù)千道甚至上萬道。如果采用常規(guī)的讀出電子學(xué)系統(tǒng)，無論從集成度、功耗方面還是造價(jià)方面都不能滿足設(shè)計(jì)要求，必須采用ASIC才能實(shí)現(xiàn)高密度的信號讀出。本文圍繞GEM探測器讀出ASIC芯片的設(shè)計(jì)進(jìn)

2、行了相關(guān)理論和技術(shù)的研究。 針對GEM探測器輸出信號特點(diǎn)，即一個(gè)PAD輸出的信號波形的上升沿約為80ns，下降沿約為100ns，并通過分析不同前放的特點(diǎn)、各種濾波成形電路的特點(diǎn)及CMOS電路噪聲問題，作者設(shè)計(jì)了包括電荷靈敏放大器、極零相消電路和準(zhǔn)高斯成形電路在內(nèi)的讀出ASIC芯片。對于前置放大器，通過對幾種前置放大器的綜合考慮，我們選擇的電荷靈敏前置放大器，從設(shè)計(jì)指標(biāo)著手，首先確定電荷靈敏前置放大器的結(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)噪聲、線性度

3、等指標(biāo)及流片工藝特點(diǎn)確定每個(gè)器件的尺寸大小。接著通過選取合適的時(shí)間常數(shù)來確定極零相消的電阻及電容值。然后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對成形時(shí)間常數(shù)的要求，進(jìn)行濾波成形電路的設(shè)計(jì)。最后將各個(gè)部分連成一個(gè)整體進(jìn)行整體仿真。同時(shí)完成了該芯片的版圖設(shè)計(jì)及后仿真。從版圖設(shè)計(jì)的基本規(guī)則、版圖設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)以及該芯片的特點(diǎn)出發(fā)，完成了該芯片的版圖設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行寄生參數(shù)提取，再進(jìn)行后仿真。后仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，可以進(jìn)行流片。并對流片后返回的芯片進(jìn)行了測試分析。該