Реалізація зчитуючої електроніки кремнієвих фотоелектронних помножувачів на базовому матричному кристалі МН2ХА030

  • О. В. Дворніков Мінський науково-дослідний приладобудівний інститут, м. Мінськ https://orcid.org/0000-0001-6450-9090
  • В. О. Чеховський Інститут ядерних проблем Білоруського державного університету, м. Мінськ
  • М. М. Прокопенко Донський державний технічний університет, м. Ростов-на-Дону; Інститут проблем проектування в мікроелектроніці РАН, м. Зеленоград http://orcid.org/0000-0001-8291-1753
  • Я. Д. Галкін Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки
  • О. В. Кунц Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки
  • Г. В. Бугакова Донський державний технічний університет
Ключові слова: кремнієвий фотоелектронний помножувач, зчитуюча електроніка, базовий матричний кристал, зарядочутливий підсилювач

Анотація

Розглянута реалізація на базовому матричному кристалі МН2ХА030 зарядочутливого підсилювача (ЗЧП) з регульованим коефіцієнтом перетворення, призначеного для обробки сигналів кремнієвих фотоелектронніихпомножувачів (SiФЕП). Розроблений ЗЧП, названий ADPreampl3, містить швидку і повільну сигнальне коло (СК). Швидке СК включає трансрезістівний підсилювач-формувач зі схемою підстроювання базового рівня, а повільне СК - ЗЧУ, формувач, схему відновлення базового рівня (ВБР). Головною перевагою підсилювача ADPreampl3 у разі його застосуванні в багатоканальних ІС є мінімальна кількість використовуваних елементів, що обумовлено застосуванням одних і тих же каскадів для виконання різних функцій. Для коректного моделювання роботи ADPreampl3 з урахуванням особливостей джерела вхідного сигналу запропонована спрощена електрична еквівалентна схема SiФЕП, що використовується як для схемотехнічного моделювання, так і для вимірювань. Схемотехнічне моделювання ADPreampl3 з використанням запропонованої еквівалентної схема SiФЕП у разі, якщо напруга джерела живлення дорівнює ± 3 В, дозволило встановити, що: - швидке СК характеризується пропускною здатністю до 60 МГц і дозволяє підлаштовувати базовий рівень в діапазоні від -0,1 В до 0,2 В. Таким чином можлива компенсація технологічного розкиду вихідної напруги швидкого СК або установки необхідного порогу перемикання компаратора, що підключається до виходу швидкого СК ; - повільне СК дозволяє регулювати базовий рівень в діапазоні від -1 В до 1 В і плавно змінювати амплітуду вихідного сигналу, включаючи інверсію фази, у разі зміни керуючої напруги від -1 В до 1 В; - схема ВБП забезпечує незмінну форму вихідного імпульсу напруги при постійному вхідному струмі ADPreampl3, що змінюється в діапазоні ± 190 мкА, і не впливає мала зміна базового рівня у разі відхилення значень опорів інтегральних резисторів ± 20%. Підсилювач ADPreampl3 допускає перехід в "сплячий" режим зі зменшенням струму споживання до 10 мкА, зберігає працездатність під час поглинення дози гамма-випромінювання до 500 крад і впливі інтегрального потоку нейтронів до 1013 н/см2 і може знайти застосування в багатоканальних мікросхемах обробки сигналів SiФЕП.

Біографії авторів

О. В. Дворніков , Мінський науково-дослідний приладобудівний інститут, м. Мінськ

Дворніков О. В., д. т. н., доцент

В. О. Чеховський , Інститут ядерних проблем Білоруського державного університету, м. Мінськ

Чеховський В. О.,

М. М. Прокопенко , Донський державний технічний університет, м. Ростов-на-Дону; Інститут проблем проектування в мікроелектроніці РАН, м. Зеленоград

Прокопенко М. М., д. т. н., професор, зав. кафедрою інформаційних систем і радіотехніки

Я. Д. Галкін , Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки

Галкін Я. Д.

О. В. Кунц, Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки

Кунц О. В.

Г. В. Бугакова, Донський державний технічний університет

Бугакова Г. В.

Посилання

Dvornikov O.V., Tchekhovsi V.A., Dyatlov V.L. and Prokopenko N.N. (2014) An integrated circuit for silicon photomultipliers tubes. Instruments and Experimental Techniques, Vol. 57, Iss. 1, pp. 40-44. DOI: 10.1134/s0020441214010047

Dey S., Rudell J.C., Lewellen T.K. and Miyaoka R.S. (2017) A CMOS front-end interface ASIC for SiPM-based positron emission tomography imaging systems. 2017 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS). DOI: 10.1109/biocas.2017.8325059

Cervi T., Babicz M., Bonesini M., Falcone A., Menegolli A., Raselli G.L., Rossella M. and Torti M. (2018) Characterization of SiPM arrays in different series and parallel configurations. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 912, pp. 209-212. DOI: 10.1016/j.nima.2017.11.038

Du J., Yang Y., Bai X., Judenhofer M.S., Berg E., Di K., Buckley S., Jackson C. and Cherry S.R. (2016) Characterization of Large-Area SiPM Array for PET Applications. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 63, Iss. 1, pp. 8-16. DOI: 10.1109/tns.2015.2499726

Gola A., Acerbi F., Capasso M., Marcante M., Mazzi A., Paternoster G., Piemonte C., Regazzoni V. and Zorzi N. (2019) NUV-Sensitive Silicon Photomultiplier Technologies Developed at Fondazione Bruno Kessler. Sensors, Vol. 19, Iss. 2, pp. 308. DOI: 10.3390/s19020308

Thiessen J.D., Jackson C., O'Neill K., Bishop D., Kozlowski P., Retière F., Shams E., Stortz G., Thompson C.J. and Goertzen A.L. (2013) Performance evaluation of SensL SiPM arrays for high-resolution PET. 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC), . DOI: 10.1109/nssmic.2013.6829318

Dvornikov O., Tchekhovski V., Dziatlau V., Prokopenko N. and Butyrlagin N. (2018) Design of low-temperature DDOAs on the elements of BiJFet array chip MH2XA030. Serbian Journal of Electrical Engineering, Vol. 15, Iss. 2, pp. 233-247. DOI: 10.2298/sjee1802233d

Dvornikov O.V., Tchekhovsi V.A., Dyatlov V.L. and Prokopenko N.N. (2014) An integrated circuit for silicon photomultipliers tubes. Instruments and Experimental Techniques, Vol. 57, Iss. 1, pp. 40-44. DOI: 10.1134/s0020441214010047

Villa F., Zou Y., Mora A.D., Tosi A. and Zappa F. (2015) SPICE Electrical Models and Simulations of Silicon Photomultipliers. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 62, Iss. 5, pp. 1950-1960. DOI: 10.1109/tns.2015.2477716

Marano D., Bonanno G., Garozzo S., Romeo G., Grasso A.D., Palumbo G. and Pennisi S. (2015) A new enhanced PSPICE implementation of the equivalent circuit model of SiPM detectors. 2015 IEEE 13th International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS). DOI: 10.1109/newcas.2015.7182010

Bagliesi M., Avanzini C., Bigongiari G., Cecchi R., Kim M., Maestro P., Marrocchesi P. and Morsani F. (2011) A custom front-end ASIC for the readout and timing of 64 SiPM photosensors. Nuclear Physics B - Proceedings Supplements, Vol. 215, Iss. 1, pp. 344-348. DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2011.04.049

Przyborowski D., Kaplon J. and Rymaszewski P. (2016) Design and Performance of the BCM1F Front End ASIC for the Beam Condition Monitoring System at the CMS Experiment. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 63, Iss. 4, pp. 2300-2308. DOI: 10.1109/tns.2016.2575781

Corsi F., Foresta M., Marzocca C., Matarrese G. and Guerra A.D. (2009) ASIC development for SiPM readout. Journal of Instrumentation, Vol. 4, Iss. 03, pp. P03004-P03004. DOI: 10.1088/1748-0221/4/03/p03004

Corsi F., Dragone A., Marzocca C., Guerra A.D., Delizia P., Dinu N., Piemonte C., Boscardin M. and Betta G.D. (2007) Modelling a silicon photomultiplier (SiPM) as a signal source for optimum front-end design. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 572, Iss. 1, pp. 416-418. DOI: 10.1016/j.nima.2006.10.219

Опубліковано
2019-09-30
Як цитувати
Дворніков , О. В., Чеховський , В. О., Прокопенко , М. М., Галкін , Я. Д., Кунц, О. В. і Бугакова, Г. В. (2019) «Реалізація зчитуючої електроніки кремнієвих фотоелектронних помножувачів на базовому матричному кристалі МН2ХА030», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (78), с. 60-66. doi: 10.20535/RADAP.2019.78.60-66.
Номер
Розділ
Функціональна електроніка. Мікро та наноелектронна техніка