[发明专利]一种低噪声电荷灵敏前置放大器及减小输入电容的方法

说明书

本发明涉及核仪器电子技术，具体涉及一种低噪声电荷灵敏前置放大器及减小输入电容的方法，该放大器包括包括电荷收集电极、屏蔽层、Guardring、放大器和嵌位二极管D；电荷收集电极、屏蔽层、嵌位二极管D均与放大器连接。该放大器能够通过屏蔽技术有效的减小探测器对地电容、输入走线和输入MOS管的寄生电容，从而减小了电荷灵敏前置放大器的输入电容，最终输入总电容为探测器自身对地的电容，能够有效的减小电荷灵敏前置放大器的输入电容，进而提高ENC性能。

技术领域

本发明属于核仪器电子技术领域，特别涉及一种低噪声电荷灵敏前置放大器及减小输入电容的方法。

背景技术

前置放大器广泛应用于核物理领域探测器输出的微弱信号的检测与处理，用来提高整个系统的信噪比，减小探测器输出的信号受到外界干扰。目前用于这种微弱信号检测与处理的前置放大器包括电压灵敏、电流灵敏和电荷灵敏三种类型，其中电荷灵敏前置放大器由于具有增益稳定、信噪比高等良好性能被广泛应用，信噪比是电荷灵敏前置放大器的关键指标，信噪比随着探测器输入电容的增加而增加。

传统的电荷灵敏前置放大器如图1所示，IN为探测器输入端，Cd为探测器对地电容，Rf和Cf分别为反馈电阻和电容，OUT为输出端，VREF提供基准电压。反馈电容Cf对探测器产生的电荷Q进行积分，反馈电阻Rf作用为泄放电荷，放大器amp的开环增益设为A，在A*CfCd条件下，传统的电荷灵敏前置放大器的输出电压为VOUT＝Q/Cf，其输入等效电荷噪声ENC表达式如下：

其中，Rs是等效串联噪声电阻，ts是成形时间，Kf是输入管1/f噪声系数，a1、a2、a3是与成形电路有关的噪声指数。

要获得低的(等效噪声电荷)ENC，需要小的探测器输入电容Cd，要获得高增益，需要小的反馈电容Cf。然而探测器输入电容与其电荷收集电极大小息息相关，以及受到走线和输入MOS管的寄生电容影响，而且反馈电容Cf太小会导致一致性变差。

传统的电荷灵敏前置放大器输入电容由探测器对地电容、输入走线和输入MOS管的寄生电容的总和，其无法减小或者消除这三种电容，而且传统的电荷灵敏前置放大器要想改善ENC性能，需要将Cf减小，然而会增大不同像素间或不同芯片间的Cf大小差异，最终导致不同像素间或不同芯片间的电荷转换增益不一致。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种低噪声电荷灵敏前置放大器及减小输入电容的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种低噪声电荷灵敏前置放大器，包括电荷收集电极、屏蔽层、Guardring、放大器和嵌位二极管D；电荷收集电极、屏蔽层、嵌位二极管D均与放大器连接。

在上述低噪声电荷灵敏前置放大器中，电荷收集电极为六边形，底层金属为屏蔽层。