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题名氮化硼个人剂量计低功耗前端CMOS芯片电路设计
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作者
刘崭
刘海峰
何高魁
黄鑫怡
孙佳宇
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机构
中国原子能科学研究院
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出处
《原子能科学技术》
北大核心
2025年第S2期498-505,共8页
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基金
中核集团“青年英才”项目。
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文摘
本文设计了一款针对氮化硼中子探测器的个人剂量计的低功耗、低噪声CMOS电子学电路。该电路主要包括低噪声电荷灵敏前置放大器、滤波成形电路、基准电流源及电压甄别电路。氮化硼中子探测器作为第4代宽禁带半导体核辐射探测器,具有较低的室温漏电流,使其适合于常温下工作。该探测器无需额外的中子灵敏转换层可直接将中子信号转化为电荷信号。前端电子学电路将探测器的电荷信号转换为电压信号,经过整形放大后通过电压比较器输出脉冲信号进行计数。为确保低功耗,电路采用SMIC 55 nm CMOS工艺设计与制造,工作电压1.2 V,单通道电流186μA。放大部分采用增益自举结构对输入管噪声进行优化。提出了一种动态可调的反馈电阻结构,通过M1~M8晶体管构成的差分对与电流镜机制,结合低通滤波器抑制漏电流引起的基线漂移,显著提升了电路的稳定性与线性度,同时可有效补偿探测器漏电流。该电路的仿真测试表明零电容等效噪声电荷为3e-,噪声斜率为1.21e-/pF。每通道功耗为0.22 mW,输出转换增益为5 mV/fC,线性度小于1%。
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关键词
氮化硼中子探测器
个人剂量计
电荷灵敏前置放大器
低噪声
低功耗
ASIC
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Keywords
boron nitride neutron detector
personal dosimeter
charge sensitive amplifier
low-noise
low-power consumption
ASIC
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分类号
TL821
[核科学技术—核技术及应用]
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