Исследование влияния емкости детектора на импульсный

УДК 621.38(06) Электроника в атомной технике
В.В. ШМАКОВ
Научный руководитель – Э.В. АТКИН, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЕМКОСТИ ДЕТЕКТОРА
НА ИМПУЛЬСНЫЙ ОТКЛИК
ЗАРЯДОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ
Представлены результаты исследования влияния емкости детектора на импульсный отклик
зарядочувствительного усилителя, спроектированного по КМОП-технологии с проектными нормами 0,18
мкм тайваньской компании UMC.
Исследование проводилось с помощью одной из передовых систем автоматизированного
проектирования IC Package 6.1.3 американской компании Cadence Design Systems. Структурная схема ЗЧУ
изображена на рис. 1. Схема состоит из следующих блоков: ядро зарядочувствительного предусилителя,
источник опорного напряжения, блок формирования сигнала обратной связи.
Рис. 1. Структурная схема ЗЧУ
В зарядочувствительных усилителях для полупроводниковых детекторов принимаются меры,
исключающие влияние емкости детектора на величину сигнала [1]. Анализ литературных источников
показал, что для увеличения коэффициента усиления в современных ЗЧУ в обратной связи используются
емкости с малыми значениями [2]. Типовой ЗЧУ охватывается отрицательной обратной связью состоящей
из двух частей: первая состоит из емкости обратной связи порядка 0,02 пФ, вторая цепь является активной и
обеспечивает разряд емкости обратной связи с одновременной стабилизацией выходного напряжения
смещения истокового повторителя. При такой реализации удается добиться необходимого усиления ЗЧУ
при значениях емкости детектора в диапазоне 1 - 100 пФ, но не исключается влияние емкости детектора на
время нарастания выходного сигнала зарядочувствительного усилителя. Для поведенческого анализа данной
проблемы ко входу ЗЧУ был подключен идеальный усилитель тока. Результаты моделирования
представлены на рис. 2. Данное решение позволило добиться одинакового времени нарастания выходного
сигнала ЗЧУ при изменении емкости детектора в диапазоне от 1 до 100 пФ.
Рис. 2. Зависимость выходного сигнала ЗЧУ от емкости детектора
УДК 621.38(06) Электроника в атомной технике
В отличие от идеального усилителя тока, реальный усилитель может ухудшить шумовые характеристики
ЗЧУ.
Для исследования предложенного решения в дальнейшем планируется провести сравнительный
шумовой анализ ЗЧУ с использованием на его входе усилителя тока.
Список литературы
1. Helmuth Spieler, Signal Formation and Acquisition// Electronics and Signal Processing. 2010.
2. P. O'Connor, Charge Preamplifiers in Scaled CMOS// IEEE Nuclear Science Symposium. 1999.