面向多维度测量的硅像素探测器读出芯片IMPix-N1的设计

分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-04-19

宋海声 刘念 牛晓阳 赵承心

摘要： 为满足高能物理实验对基本粒子检测和分析的需求，现代像素探测器研发日益趋向追求低功耗、高分辨率、高读出效率的性能要求。本文研究了一款名为IMPix-N1的硅像素探测器数模混合读出芯片，像素阵列由16行×16列像素单元构成，每个像素单元面积为100μm×100μm，像素阵列部分以1行×8列的像素单元为一个超级像素，其具有共同的逻辑电路进行控制。芯片具有像素配置模式和三种像素地址读出方式的工作模式，实现了对击中粒子时间、能量及位置信息的测量、存储及读出。时间数字转换电路（TDC）可以同时测量和记录粒子的到达时间 TOA 和过阈时间 TOT，时间测量精度为5ns。IMPix-N1适用于要求高时间、空间分辨率以及快速数据获取能力的粒子探测实验。在TSMC 180 nm工艺下，芯片整体使用digital-on-top的方法进行设计。本设计对像素单元数字电路、超级像素控制电路和外围数字电路进行仿真验证，前后仿真结果一致，满足设计要求。

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