低噪声同轴型高纯锗探测器的低噪声前置放大器的设计

本文设计了一种多通道低温、低噪声的电荷灵敏前置放大器，专用于20 pF电容的同轴型高纯锗探测器。由于探测器的输入电容较大，噪声随之增加，为保证高能量分辨率，前端电子学需满足严格的噪声性能标准。通过采用优化后的噪声模型、多次仿真迭代和特殊的版图结构得到低噪声输入管，并将前置放大器设计工作在液氮温度下，使其尽可能靠近探测器放置从而进一步减小寄生电容，降低噪声。测试结果显示，该电路在-196~55 ℃的宽温度范围内能稳定工作，且能快速、平稳地驱动同轴电缆。电路可在100 ns内为100 Ω负载提供2.5 V脉冲，且无振铃现象。在-196 ℃、准高斯整形时间为6 μs时，零电容的噪声性能为8.4个电子...

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Published inHé jìshu Vol. 48
Main Authors 刘 崭, 刘 海峰, 何 高魁, 黄 鑫怡, 孙 佳宇
Format Journal Article
LanguageChinese
Published Science Press 01.09.2025
Subjects
ASIC
低噪声
电荷灵敏前置放大器
集成电路设计
高纯锗探测器
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ISSN0253-3219
DOI10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240402

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Summary:本文设计了一种多通道低温、低噪声的电荷灵敏前置放大器，专用于20 pF电容的同轴型高纯锗探测器。由于探测器的输入电容较大，噪声随之增加，为保证高能量分辨率，前端电子学需满足严格的噪声性能标准。通过采用优化后的噪声模型、多次仿真迭代和特殊的版图结构得到低噪声输入管，并将前置放大器设计工作在液氮温度下，使其尽可能靠近探测器放置从而进一步减小寄生电容，降低噪声。测试结果显示，该电路在-196~55 ℃的宽温度范围内能稳定工作，且能快速、平稳地驱动同轴电缆。电路可在100 ns内为100 Ω负载提供2.5 V脉冲，且无振铃现象。在-196 ℃、准高斯整形时间为6 μs时，零电容的噪声性能为8.4个电子，信号4 243.66 keV的半高全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）为2.91 keV，能量分辨率可达0.67‰，具有5 mV∙fC-1的输出转换增益和0.15%的非线性度及单路7.92 mW的较低静态功耗。所获得的性能足以用于同轴型高纯锗探测器的γ射线光谱和脉冲形状分析。
ISSN:0253-3219
DOI:10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240402