CZT像素核辐射探测器读出电路的设计.pdf

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1、2012年第31卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)125CZT像素核辐射探测器读出电路的设计潘银松，刘凤琳，杨帅举(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030)摘要:CZT作为一种新型室温核辐射探测器材料，适用范围广泛，设计一种有效的CZT读出电路意义重大�采用CMOS技术设计了一种高分辨率,低功耗的CZT像素核辐射探测器读出电路�该读出电路包括电荷敏感型前置运放,整形滤波网络,放大级�运放采用PMOS输入折叠共源共栅结构，滤波网络采用简单的RC�CR结构�在GPDK0.18�mCMOS工艺下进行的仿真，表明该读出电

2、路的灵敏度为0.3mV/keV，探测能量范围为20�200keV，单信道功耗为1mW�关键词:CMOS;CZT探测器;读出电路;噪声分析中图分类号:TN492;TN402文献标识码:A文章编号:1000�9787(2012)06�0125�03De�������ead���c��c����fCZT���e���c�ea��ad�a����de�ec���PANYin-song，LIUFeng-lin，YANGShuai-ju(Ke�Lab��a�����fO���e�ec�����cTec�������a�dS���e��fM��������fEd�ca����，C��������U���e�

3、����，C��������400030，C���a)Ab���ac�:Asanewmaterialfornuclearradiationdetectorinroomtemperature，CZThaswideapplicationrange.So，it’simportanttodesignaneffectivereadoutcircuitforCZTpixelnuclearradiationdetector.CMOStechnologyisadoptedtodesignahighresolution，lowpowerconsumptionreadoutcircuitforCZTpixelnu

4、clearradiationdetector.Thisreadoutcircuitconsistsofchargesensingpre-amplifier，shapingfilternetwork，amplifiedstage.TheoperationalamplifieradoptsPMOSinputfoldedcascadestructureandthefilteringnetworkusessimpleRC�CRstructure.TheresultsimulatedintheGPDK0.18�mCMOStechnologyshowthatthesensitivityofthiscirc

5、uitis0.3mV/keV，detectedenergyrangeis20�200keV，thepowerconsumptionforeachchannelis1mW.Ke����d�:CMOS;CZTdetector;readoutcircuit;noiseanalysis0引言敏感型前置运放,滤波电路和放大电路三部分组成，如图1�自然资源的急剧消耗使得人类越来越重视一些高能量���材料的利用，比如:核材料�核技术的发展为核材料的广泛������应用奠定了基础�然而，核材料的应用为人类带来了利益���������的同时也给人类带来了核辐射的恐惧�对核辐射的探测关��������乎民心稳定和

6、人身安全，意义重大�碲锌镉(cadmium�inctelluride，CZT)作为一种新型室温核辐射探测器材料，具有［1］如下优点:平均原子系数高(49.1)，密度大，电阻率高图1CZT像素核辐射探测器的读出电路结构示意图11(10��cm)，禁带宽度大(1.4�2.26eV)，在常温下工作�F��1A�c���ec���ed�a��a��f�ead���c��c����fCZT���e�因而，适用于�射线成像,工业探测,安全检测,核反应堆材��c�ea��ad�a����de�ec���料检测和核医学等多种方面�1.1电荷敏感型本文设计的读出电路电路能够处理能量范围为20�电荷敏感型前置运放

7、采用的是PMOS双端输入,单端200keV的�射线�输出折叠共源共栅结构，如图2所示�折叠共源共栅具有1读出电路的结构较好的共模输入范围，提供自补偿，可以达到两级运放的增本文设计的CZT像素核辐射探测器的读出电路由电荷［2，3］益�相对于NMOS输入，PMOS输入具有较小的热噪收稿日期:2011�11�02126传感器与微系统第31卷声�本文采用的PMOS输入折叠共源共栅的开环增益为58MH�，系