8-канальный зарядочувствительный усилитель в интегральном

УДК 621.38(06) Электроника
Э.В. АТКИН, Ю.А. ВОЛКОВ, А.Г. ВОРОНИН1, А.С. СИЛАЕВ,
А.В. СМИРНОВ, В.А. ТОЛОЧКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет),
1НИИ ядерной физики Московского государственного университета
8-КАНАЛЬНЫЙ ЗАРЯДОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
Рассматриваются вопросы проектирования 8-канального зарядочувствительного усилителя (ЗЧУ) для реализации в интегральном исполнении по КМОП
технологии с проектными нормами 0,18 мкм. Приводится топология микросхемы.
Как известно, ЗЧУ является одним из самых распространенных аналоговых узлов, используемых для съема сигналов детекторов ионизирующих излучений. Описываемый микроэлектронный ЗЧУ предназначен для
работы с кремниевыми микрополосковыми детекторами физической аппаратуры, таких проектов, как CBM (ФРГ), НУКЛОН (Россия) и др. [1].
В качестве средств проектирования микросхемы ЗЧУ использовались
программные продукты САПР IC package (версия 5.1.41) американской
компании Cadence Design Systems. [2].
Разработанный ЗЧУ состоит из трех основных узлов, первый из которых – «ядро ЗЧУ» представляет собой собственно усилитель с входным Pканальным МОП транзистором на входе. Второй узел – это «схема обратной связи» и третий – «схема смещений».
В зависимости от требований к характеристикам ЗЧУ схема обратной
связи может реализовываться в одном из трех вариантов: первый – с использованием RC-цепи, второй – с использованием МОП-транзистора, а
третий вариант, реализованный на более чем 20 транзисторов, предназначен для применения в тех случаях, когда необходимо компенсировать
токи утечки детектора (хотя это и достигается ценой некоторого ухудшения шумовой характеристики).
Основные параметры микросхемы следующие: площадь 1,5х1,5 кв.мм;
количество контактных площадок – 60; потребляемая мощность на канал
– 1,2 мВт; емкость обратной связи составляет 2 пФ и обеспечивает усиление 0,5 мВ/фКл; шум на выходе ЗЧУ при емкости детектора до 100 пФ:
200 мкВ RMS только для схемы «ядро ЗЧУ», 350 мкВ RMS для ЗЧУ с активной обратной связью; питание двуполярное ± 0,9 В; динамический
диапазон составляет 840 мВ при максимальной нелинейности сигнала 5%.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
153
УДК 621.38(06) Электроника
Геометрия входного транзистора (режимный ток 0,5 мА) оптимизирована
для минимизации шумов ЗЧУ.
Топология 8-канального ЗЧУ разрабатывалась согласно технологическим требованиям компании UMC (Тайвань) с проектными нормами 0,18
мкм. Данная технология реализуется на шести слоях металла и одном слое
поликремния. Минимальные размеры используемых контактных площадок составляют 56х69 мкм. Топология микросхемы показана на рис.1. В
настоящее время изготовленные образцы тестируются в НИИ ЯФ МГУ.
Рис. 1. Топология 8-канального ЗЧУ
Список литературы
1. E. Atkin et al.: Complementary bipolar application specific analog semicustom array, intended to implement front-end units, Proceeding of the: Eighth Workshop on Electronics for LHC
Experiments, Colmar, France, September 2002 pp.377-379.
2. Материалы сайта компании Cadence Design Systems - www.cadence.com.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
154