Аналого-цифровые микроэлектронные устройства амплитудной обработки сигналов микрополосковых детекторов

• Автор: Силаев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Анализ литературных источников

1.1 Характеристики кремниевых детекторов и требования к

считывающей электронике

1.2 Характеристики интегральных микросхем для аналого

цифровых устройств

1.3 Структурные схемы аналогоцифровых устройств

1.4 Критерии качества аналогоцифровых устройств

1.5 Технологическая реализация устройств. Выбор технологии

1.6 Выводы

ГЛАВА 2 Методика сквозного проектирования, структурное и

схемотехническое проектирование узлов
2.1 Этапы сквозного проектирования
2.2 Принципы построения аналоговых узлов. Выбор и
обоснование структурной схемы
2.3 Состав входной части амплитудного капала
2.4 Структурные схемы головных узлов амплитудного канала
2.5 Структурное поведенческое моделирование
2.6 Схемотехническое проектирование аналоговых узлов
2.7 Результаты схемотехнического моделирования
2.8 Оптимизация аналоговых узлов на примере источника
опорного напряжения
2.9 Амплитудный канал обработки сигналов детекторов
2. Выводы
ГЛАВА 3 Модель кремниевого микронолоскового детектора
3.1 Характеристики микрополоскового детектора эксперимента НУКЛОН
3.2 Анализ моделей и эквивалентных схем
3.3 Маршрут методика проектирования
3.4 Технологический процесс изготовления
3.5 Вольтамперные характеристики
3.6 Вольтфарадные характеристики
3.7 Экспериментальные данные
3.8 Экстракция I параметров
3.9 Выводы
ГЛАВА 4 Практическая реализация аналогоцифровых устройств
4.1 Маршрут топологического проектирования
4.2 Специализированная интегральная микросхема 8й
канального зарядочувствительнго усилителя международного проекта СВМ
4.3 и канальная специализированная интегральная
микросхема малошумящего зарядочувствительного усилителя росси йского проекта НУКЛОН
4.4 4х канальное аналогоцифровое устройство амплитудной
обработки
4.5 х канальная ИМС амплитудной обработки сигналов
микрополосковых детекторов НУКЛОН
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Описываются структурные схемы типовых каналов амплитудной обработки сигналов микрополосковых детекторов. Во второй главе описывается предлагаемая методика сквозного проектирования аналого-цифровых устройств, основанная на использовании современной полупроводниковой КМОП технологии и передовых САПР таких компаний, как Cadence Design Systems, Mentor Graphics и Synopsys. Рассматриваются вопросы структурного и схемотехнического проектирования аналого-цифровых устройств, в первую очередь аналоговых узлов амплитудного канала обработки сигналов. Описываются такие узлы как: зарядочувствительиый усилитель, усилитель формирователь, устройство выборки хранения, операционный усилитель, источник опорных потенциалов, анализируются их передаточные функции. Среди аналоговых узлов детально рассматривается зарядочувствительный усилитель; приводится ряд его разновидностей: малошумящий зарядочувствительный усилитель, усилитель с компенсацией токов утечки детекторов и зарядочувствительный усилитель с широким динамическим диапазоном. Также рассматриваются вопросы SPICK моделирования других аналоговых узлов (источник опорных потенциалов и операционный усилитель) с использованием целевых функций. Третья глава посвящена анализу моделей и эквивалентных схем кремниевых микрополосковых детекторов. SPICE модели микрополосковго детектора с использованием технологического САПР Sentaurus компании Synopsys, а также рассматривается вопрос согласования детектора со считывающей электроникой. Практической реализации аналого-цифровых устройств посвящена четвертая глава. Описывается специфика технологического и конструктивнотопологического проектирования специализированных интегральных микросхем для амплитудной обработки сигналов микрополосковых детекторов. Приводится описание ключевых этапов проектирования топологии микросхем данного класса, подробно описывает возможные подходы к их реализации, требованиям к планировке кристалла, вопросам взаимного расположения считывающих каналов и заказных элементов. Приводятся структурные схемы и топологии разработанных специализированных интегральных микросхем на основе КМОП технологии с проектными нормами 0,. Рассматриваются результаты лабораторного тестирования данных микросхем, приводятся типовые эпюры и передаточные характеристики, сводная таблица характеристик разработанных микросхем. В заключении формулируются основные результаты диссертации. Диссертация неразрывно связана с важными научно-исследовательскими работами, которые в течение многих лет проводились на кафедре Электроники НИЯУ МИФИ. ГЛАВА 1. Анализ литературных источников проводился как по материалам российской печати, так и по зарубежным публикациям. В данной главе дана аннотированная информация по анализу литературных источников [1-]. Как известно [, ], кремниевые микрополосковыс детекторы в настоящее время являются неотъемлемой частью детекторных систем физических экспериментов. Они характеризуются малыми размерами и хорошей пространственной и угловой разрешающей способностью. Микрополосковые детекторы не имеют собственного усиления и уровень сигнала определяется лишь числом зарядов, образовавшихся при прохождении частицы (на образование одной пары зарядов в расходуется небольшая энергия У! В). Кроме того, величина емкости детектора (—1. Ф) зависит от напряжения питания и других параметров. Кремниевые микрополосковые детекторы отличаются также повышенным быстродействием (время сбора электронов на микрополосках ~ не). Для современных аналого-цифровых устройств амплитудной обработки сигналов предъявляются жесткие требования (в первую очередь) к потребляемой мощности, динамическому диапазону, шумам, быстродействию и микроминиатюризации. К примеру, к входной части амплитудного канала -зарядочувевтительному усилителю и усилителю-формирователю, как правило, предъявляются повышенные требования по коэффициенту усиления, уровню шума и быстродействию: коэффициент усиления ~ 5 мВ/фКл; эквивалентный шумовой заряд < электронов при Сд = ЮОпФ; постоянная времени формирования (СЯ-КС") для быстрого формирования .