混合信号系统中的紧凑型硅光电倍增器传感器接口模拟前端ASIC

科学分野:

• 混合信号集成电路设计
• 光子探测技术
• 半导体器件物理

背景:

• 硅光电倍增器（SiPM）传感器对于灵敏的光检测至关重要。
• 现有的前端电子设备在时间分辨应用的精度和堆积方面可能存在局限性。
• 先进的光子探测系统需要紧凑高效的传感器接口。

研究 の 目的:

• 设计并验证用于紧凑型SiPM传感器接口的混合信号前端专用集成电路（ASIC）。
• 实现小信号的精确检测，同时最大限度地减少时间分辨光子探测的堆积。
• 开发与现代时序架构兼容的、鲁棒且节能的接口。

主な方法:

• 采用 AMS 0.35 µm CMOS 技术实现，具有两个独立的模拟通道。
• 集成了定制的第二代电流传输器（CCII+）、快速零交叉鉴别器和峰值保持级。
• 在 Cadence 中开发了定制的 SiPM 行为模型用于设计和仿真，并配有用于控制的 SPI 可配置 DAC。

主要な成果:

• 该ASIC架构能够精确检测小信号并减少堆积。
• 电路级仿真证实了模拟功能在整个动态范围内的正确性和稳定性。
• 每通道功耗约为 5.9 mA（3.3 V 时为 19.5 mW），在速度和鲁棒性之间取得了平衡。

結論:

• 所开发的混合信号前端ASIC为SiPM传感器接口提供了一种有效的解决方案。
• 该设计有助于实现具有改进信号完整性的精确时间分辨光子探测。
• 该ASIC的低阻抗电流接收和快速鉴别能力是时序应用的关键优势。