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Improved Dynamic Range Charge-Sensitive Amplifier
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DOI：10.1109/TCSII.2026.3666278.png)
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摘要
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电荷灵敏放大器（CSA）是读取电离辐射和粒子探测器产生的电荷信号的关键元件。在核微电子学中，这些电路在等效噪声电荷（ENC）和最大输入电荷规格方面具有严格的要求，这与放大器自身的电压输出摆幅能力相关。反馈电容的周期性或连续放电需求进一步限制了设计选择。本研究提出了一种电路解决方案，通过作用于反馈放电路径来优化CSA的静态工作点，从而在不影响系统谱分辨率的前提下增加CSA的有效动态范围。此外，所提出的复位架构允许使用单电源供电，避免了通常用于增加动态范围的双电源，提高了系统紧凑性。实验测量表明，对于低电容（≤0.1 pF）半导体辐射探测器，与当前CSA技术的标准复位架构相比，动态范围增加了+107%，达到总最大输入电荷≃3×10^5 el.（47 fC），相当于硅中的1.08 MeV等效能量或镉锌碲化物探测器中的1.31 MeV。前置放大器实现了2.5 fC/ns的快速反馈电容放电速率（t^{90-10}_{fall}=18.8 ns，适用于全输出范围），并保持了3.7电子rms的优异固有噪声性能，使其适用于高速、高能量分辨率光谱学应用。
Keyword:
Charge sensitive amplifiers
nuclear electronics
radiation detector circuits
low-noise electronics
radiation instrumentation
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