Projekt scalonego wzmacniacza ładunkowego na potrzeby przetwarzania typu Time-over-Threshold

Praca przedstawia projekt scalonego wzmacniacza ładunkowego zaprojektowanego dla aplikacji w układzie do odczytu detektorów paskowych w eksperymencie fizyki wysokich energii wykorzystującego przetwarzanie typu Time-over-Threshold. Zastosowane rozwiązania zostały zapożyczone z układów pikselowych. Projekt wykonano dla technologii United Microelectronics Corporation 180 nm. Zaprojektowany wzmacniacz charakteryzuje się niskim poborem mocy, niskimi szumami a także bardzo szerokim zakresem liniowej pracy zachowując swoje właściwości dla obu polarności ładunków wejściowych.

New High Energy Physics experiments require new and better solutions for the detector readout systems. This paper presents the project of the charge sensitive amplifier (CSA) for the silicon strip detector readout chip implementing the Wilkinson-type analog to digital converter (called also Time-over-Threshold processing). This allows to implement the reasonable resolution and speed ADC in each channel while keeping the overall power consumption low. This is due to the fact that the information about the input charge is kept in the CSA output pulse length and can be then easily converted to digital domain. It has been designed for the UMC (United Micro-electronics Corporation) 180nm technology and should fit into 50 Μm pitch channel slot. Some solutions were adapted from the pixel-oriented integrated circuits and are optimized for much higher detec-tor capacitances. Presented charge sensitive amplifier shows very high dynamic range - much higher than required 0-16 fC. The dynamic range is not limited by the dynamic range of the amplifier itself which is a feature of the implemented discharge circuit. The processing chain has an ability to operate for both holes and electrons while keeping the low power consumption (625 ΜW) and low noise (720 e- at 30 pF detector capacitance). The paper presents the simulation-based performance of the circuit.