【摘 要】
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辐射现象被发现以来,其在医学成像、空间探测、安检、辐射源判别等方面得到非常广泛的应用。辐射探测器除常见的光电倍增管（Program Map Table,PMT）以外,以碲锌镉（Cd Zn Te,CZT）为代表的半导体探测器凭借其优异的空间分辨率、能量分辨率、探测效率以及较小的体积广泛应用于各个领域。读出电路系统将探测器收集到的微弱电信号放大、滤波成形、筛选以及数字化之后,再用于数据处理。本文先是研
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辐射现象被发现以来,其在医学成像、空间探测、安检、辐射源判别等方面得到非常广泛的应用。辐射探测器除常见的光电倍增管（Program Map Table,PMT）以外,以碲锌镉（Cd Zn Te,CZT）为代表的半导体探测器凭借其优异的空间分辨率、能量分辨率、探测效率以及较小的体积广泛应用于各个领域。读出电路系统将探测器收集到的微弱电信号放大、滤波成形、筛选以及数字化之后,再用于数据处理。本文先是研究了CZT探测器的特点以及其电路模型,随后对读出电路的各个模块进行了研究。然后,本文结合单光子发射计算机断层成像（Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT）的应用场景,设计了一种应用于CZT探测器的单通道读出电路,其包括电荷灵敏放大器、漏电流补偿电路、滤波成形器电路、基线保持电路、峰值检测保持电路和时间甄别器电路。最后,在单通道的基础上完成了16通道读出电路设计,整体电路由16个单通道、偏置产生模块和逻辑控制模块组成。为仿真读出电路的漏电流补偿能力,本文设计了一种具有模拟漏电流功能的探测器模型。通过优化电荷灵敏放大器、改进漏电流补偿电路以及在滤波成形器中添加基线保持电路来提高读出电路在高事件率时的性能。创新设计的峰值检测保持电路具有达峰标记输出功能,在16通道的整体电路中添加逻辑控制模块,解决了单通道内部以及16通道之间的信号堆积问题。本设计采用VIS 0.35μm CMOS工艺,对设计的16通道读出电路进行了原理图设计、版图设计与后仿真。结果表明本文设计的前端读出电路每个通道功耗小于1.8m W,等效噪声电荷为88.6e-+4.9e-/p F,最大能补偿漏电流为50n A,最大能容忍探测器寄生电容为50p F,达峰时间165ns,通道增益为48.4m V/f C,非线性能保持在1.14%以内,最高入射频率达500k Hz。
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