ASICデザイン
報告090125
東貴俊
動機
•
現在、Liquid Xenon groupでは液体キセノンを用いた
TPC(Time Projection Chamber) の開発研究を行ってお
り、PET(Positron Emission Tomography)への応用を考
えている。最終的なPETにおけるPADのサイズは1mm
x 1mmであり、このような多チェンネルを高速に読み
出すにはプリアンプ等のフロントエンドエレクトロニ
クスの集積度を上げなくてはならない。同時にゲイン
の最適化、ノイズの最小化も計らなければならない。
このため、フロントエンドASICの開発研究も同時に始
めることとなった。
目次
• 経緯
• 開発手順
• 回路説明
• 仕様パラメータの説明
• 仕様の最終決定
回路に必要な機能
検出器容量が大きいとアンプに電荷が読み込まれない。
検出器容量に関しては以下のように設定した。
gridとPADの距離は2mmで、PADの大きさ
を7.5mm x 7.5mmとすると、
メッシュグリッド
これの静電容量は約0.25pFとなる。
1mm
(2 mm)
7.5mm
PAD
7.5mm
検出器容量は1pF
グリッド・PAD間
1mmを2.2mm/μsでドリフト
0.45μs (2mm間では1μs)
回路デザイン
・アンプとシェイピング機能(アナログ出力)
・入力電荷範囲は1γ(1~5fC)を十分にフォローし
、さらにテストパルス(1~10MeV)程度の信号に
もある程度の感度のあり、また、両極に対して
も感度のあるもの。
・検出器容量1pFに対応
・ノイズをなるべく少なくする。
以上までの内容を踏まえて、実際にASIC回路を作成していく。
仕様
For LXeTPC
Channels
Input charge
Conversion gain
Die size
Peaking time
Power dissipation
8
-0.025 pC~ 0.025 pC
8.2V/pC
3 mm x 3 mm
1 us (variable)
Less than 10mW/ch
プリアンプの調整
プリアンプの回路図
キャパシタンスの
容量でゲインが決
まる。
1.8 pC→50 fC
0.44V/pC→15.86V/pC
プリアンプの出力
ゲインの調整
変化させた素子=
で囲った部分
10fF
波形(電圧)を見た部分=
で示した部分
5fC入力に対する
プリアンプの出力
キャパシタンスを
10fF~100fFに変化
(10f毎)
50fF
100fF
プリアンプの出力
変化させたところ
で囲った部分
10fFでは波形の減衰に異常が
波形を見たところ
で示した部分
50fF
減衰は1mV以下に
収まる
(目安は10%以下)
ピーキングタイム(約1μs)内で
ゲインの減衰が極力低い方がよい
プリアンプの出力
変化させたところ
で囲った部分
波形を見たところ
で示した部分
10fF
キャパシタンスが小さくな
るとゲインは大きくなるが
、アンダーシュートが見え
るようになる。
20fF
30fF
プリアンプの出力
変化させたところ
で囲った部分
波形を見たところ
で示した部分
50fFではアンダーシュート
が-1〜-2mV程度に押さえ
られる。
30fF
40fF
50fF
60fF
ダウンロード

ppt - JLC