基于CZT面元像素陣列的核輻射探測器讀出電路的研究.pdf

1、CZT面元像素陣列核輻射探測器用于核輻射成像，是一種被動(dòng)式核成像概念，是目前國內(nèi)外CZT成像研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。課題針對CZT面元像素陣列核輻射探測器的單個(gè)像素探測到的核輻射信號，基于GSMC 0.18μm，電源電壓1.8V工藝模型，對其CMOS模擬讀出電路及其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）相結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，為CZT面元像素陣列核輻射探測器信號處理電路的單芯片集成以及設(shè)備的小型化、便攜化打下基礎(chǔ)。
　　 首先，以CZT面元像素核輻

2、射探測器為研究對象，分析了其工作原理，根據(jù)大量文獻(xiàn)中CZT面元像素核輻射探測器探測到的核輻射信號特性，建立了對CZT面元像素核輻射探測器感生電荷進(jìn)行積分的電學(xué)模型。其次，采用前置放大電路結(jié)構(gòu)對CZT面元像素核輻射探測器感生電荷積分信號進(jìn)行預(yù)放大。設(shè)計(jì)帶通濾波電路和比例放大電路，對前置放大電路的輸出信號進(jìn)行濾波、降噪和放大。對整個(gè)模擬電路進(jìn)行了Spectre模擬仿真。然后，采用了一種適合CZT面元像素核輻射探測器讀出電路的中高速、8 bi

3、t、低功耗ADC——流水線型（Pipeline）ADC，把讀出電路的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便后續(xù)信號處理器（如CPU、MCU、DSP等）對CZT面元像素陣列核輻射探測器探測到的核輻射信號進(jìn)行相應(yīng)處理，還原成核輻射圖像。流水線型ADC采用了高4位Flash結(jié)構(gòu)和低4位三級流水線相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，避免了Flash ADC的龐大電路結(jié)構(gòu)和全部使用流水線結(jié)構(gòu)子ADC對第一級子ADC的電路精度的苛刻要求。首級4位Flash ADC采用了雙相采樣保

4、持電路，將輸入模擬信號幅度離散化，有效的提高了采樣保持的精度。用Cadence的Spectre工具對各個(gè)單元電路及整體電路進(jìn)行了模擬仿真。最后，采用GSMC的0.18μm N阱標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝規(guī)范，設(shè)計(jì)了讀出電路各個(gè)模塊以及整體讀出電路的芯片版圖。
　　 仿真結(jié)果表明：① CZT面元像素核輻射探測器模擬讀出電路能很好的對其感生電荷積分信號進(jìn)行預(yù)放大以及濾波降噪，并經(jīng)多級放大后，使得其信號幅度達(dá)到后續(xù)ADC能處理的范圍。②八位流水