半导体辐射探测器前端读出专用集成电路研究.pdf
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2022-11-11
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半导体辐射探测器前端读出专用集成电路研究
以碲锌镉（CdZnTe 探测器为代表的新型半导体辐射探测器
,
因其具有较高 的射
线吸收率和能量转换率
，
可实现对超微量 X/ 丫射线的高效检测
，
特别是可以 在常温
下使用。在环境放射性监测、 矿物和地质勘查、安全检查、生物医学成像、 空间探
测以及高能物理实验等领域,CdZ nTe 探测器均具有广阔的应用前景。
前端读出专用集成电路的功能是将探测器输出的微弱电信号进行放大、 成形 和
数字化 , 要求其具有低噪声、高精度、高速度、小面积、低功耗以及抗辐射等 特
点。本论文研究与设计实现了应用于 CdZ nTe 探测器系统的前端读出专用集成
电路, 完成的主要研究工作如下 :1. 研究了半导体辐射探测器的信号读出与处理 技术
以及前端读出电路的单片集成技术。
为了实现低噪声 , 对前端读出电路的主要模块进行了详细的理论分析和优化 设
计方法研究 , 包括前置放大器、漏电流补偿电路、 极零相消电路、滤波成形器、 峰
值采样和保持电路、时间标记电路等。另外 , 分别针对便携式辐射探测仪以及 辐射
成像系统的应用需求 ,对前端读出芯片的系统结构进行了优化设计。
2.针对便携式辐射探测仪以及空间探测等应用背景 ,设计实现了一款低噪声 单
通道前端读出芯片。 该芯片的能量通道采用前置放大器、 滤波成形器、 输出缓 冲
器的精简结构 ,并在前置放大器和滤波成形器的电路设计中进行了噪声优化 , 具有低
噪声、低功耗、高线性度、抗辐射等特点。
测试结果表明 , 该芯片的最大能量输入范围为 200 keV, 非线性度小于 2%,输
入等效噪声仅为 52.9 e<sup>-v/sup>,单通道功耗小于 2.4 mW 与 CdZnTe 探测器 联
合测试时对<sup>241</sup>Am 辐射源的能量分辨率为 5.9%,芯片的抗辐射能 力满
足空间应用的要求。 3.针对生物医学成像、 安全检查以及高能物理实验等应 用背
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