Simulation of low-noise low-power CMOS readout front-end electronics for mammoand dentography

Abstract

Simulation of differential charge sensitive amplifiers (CSA) for hybrid pixel detectors on CMOS technology for high energy particle physics and for mammography, dentography has been performed with PSPICE simulator using the BSIMV3.3 parameters of the MOSIS CMOS SCN 0.24 µm. Charge sensitive preamplifier when input charge 1…30 kē and input capacitance equal 0...100 fF has the following main electrical parameters: 167...73 mV/kē gain and low power consumption 1.2 µW/channel. The preamplifier has unipolar response with peaking time about 15...79 ns. A near-Gaussian pulse shape is produced, yielding optimum signal-to-noise characteristics, and equivalent noise charge of input (ENC) less 105 ē. Thermal analysis simulated in the range T= -120…+120ºC shows changes of not more than 20 ns in the decay time and less than 10% of the output signal amplitude.

Mažų triukšmų ir mažos galios diferencinio krūviui jautraus priešstiprintuvio (KJP) modeliavimas atliktas PSPICE programų paketu, naudojant kompanijos MOSIS 0,24 µm technologijos KMOP tranzistorius. Visi modeliavimo rezultatai gauti esant įvairioms KJP darbo sąlygoms: kai jutiklių talpų Cdet diapazonas buvo 0...100 fF, perdavimo koeficientas keitėsi nuo 167 iki 73 mV/kē, o sistemos registracijos trukmė τp = 15...79 ns. KJP buvo modeliuojamas plačiame įėjimo signalų Qin=1...30 kē ir veikimo temperatūrų T= - 120...+120 ºС diapazone. Gauta labai maža KJP vartojamoji galia, kuri neviršija 1,2 µW/vienam kanalui, o ekvivalentinis triukšmų krūvis (ENC) priešstiprintuvio įėjime yra mažas ir lygus 105 ē.