一种静态功耗自动配置的低功耗前端读出电路及设计方法与流程

技术特征：
1.一种静态功耗可全自动配置的低功耗前端读出电路，其特征在于，包括:前置放大器，其输入端与辐射探测器的输出端连接，用于对辐射探测器产生的电信号放大；成形器，其输入端与所述前置放大器的输出端连接，用于信号放大后的辐射探测器产生的电信号整形滤波；数模转换器，用于提供阈值电压v
ref
；自动配置逻辑，其输出端与静态功耗配置位连接、并根据电压v
ref
调节静态功耗配置位；鉴别器，其输入端分别与所述成形器和所述数模转换器的输出端连接，当成形器的输出信号高于阈值电压v
ref
，鉴别器输出触发信号；数字处理电路，其输入端与鉴别器的输出端连接，用于处理所述触发信号。2.根据权利要求2所述的静态功耗可全自动配置的低功耗前端读出电路的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定所述前置放大器和成形器连接成的模拟前端电路的输出噪声与前置放大器静态功耗之间的关系；确定不同阈值电压v
ref
下前置放大器的最低静态功耗，所述自动配置逻辑根据所述最低静态功耗对所述静态功耗配置位动态配置。3.根据权利要求2所述的静态功耗可全自动配置的低功耗前端读出电路的设计方法，其特征在于，确定模拟前端电路的输出噪声与前置放大器静态功耗之间的关系的步骤包括：对模拟前端电路建立等效噪声模型；将前置放大器输入端的电流噪声表达为，将前置放大器输入端的电压噪声表达为，将所述成形器的输出端的总噪声表达为.将成形器输出端总噪声转换为等效噪声电荷enc表示模拟前端电路的噪声，由公式(6)得到，前置放大器输入管跨导g
m
与所述模拟前端电路的直流偏置电流i
ds
的
关系如下，通过公式(7)表示模拟前端电路的输出噪声与前置放大器静态功耗之间的关系；其中，q为单位电荷，i
leak
为探测器的漏电流，k为玻尔兹曼常数，t为环境绝对温度，r
bias
为探测器的偏置电阻，r
f
为前置放大器的反馈电阻；g
m
为前置放大器输入管的跨导，k
f
为低频噪声的系数，c
ox
为单位面积的栅氧化层电容，w和l为输入管的宽和长，f表示频率；其中μ为电子或空穴的迁移率。4.根据权利要求3所述的静态功耗可全自动配置的低功耗前端读出电路的设计方法，其特征在于，确定不同阈值电压v
ref
下前置放大器的最低静态功耗的步骤包括：将阈值电压v
ref
的变化量表示为，δv
ref
＝v
ref
‑
v
ref_min
ꢀꢀꢀꢀ
(8)通过阈电压值v
ref
的变化量和模拟前端的转换增益h
o
确定对应的等效噪声电荷enc变化量为，结合所述公式(6)、(7)和(9)得到所述阈值电压v
ref
和前置放大器的输入管的偏置电流i
ds
存在对应关系如公式(10)所示，将最小探测能量q
min
对应的输入管的偏置电流i
ds_max
与不同阈值电压v
ref
下输入管偏置电流i
ds
之间的关系表示为，δi
ds
＝i
ds_max
‑
i
ds
ꢀꢀꢀꢀ
(11)结合公式(6)、(7)、(9)、(10)和(11)得不同阈值电压v
ref
下输入管的偏置电流变化量δi
ds
表示为，通过电子设计自动化工具确定不同阈值电压v
ref
下输入管的偏置电流变化量δi
ds
的具体影响参数，自动配置逻辑根据所述公式(12)自动配置所述模拟前端电路的静态功耗，其中，模拟前端电路降低的静态功耗p
down
表示为，p
down
＝vdda
·
δi
ds
ꢀꢀꢀꢀ
(13)其中h
o
为模拟前端的转换增益，v
ref_min
为最小探测能量q
min
对应的阈值电压，i
ds_max
最小探测能量q
min
对应的输入管的偏置电流，enc
min
最小探测能量q
min
对应的模拟前端电路噪声性能，g
m_max
为最小探测能量q
min
对应的输入管的跨导。

技术总结
本发明提供了一种静态功耗自动配置的低功耗前端读出电路及设计方法，属于低功耗前端读出集成电路结构领域。通过设计静态功耗可配置的前置放大器和全自动配置自动配置逻辑，根据不同情况下设定的阈值电压来实现前端读出ASIC的模拟前端电路静态功耗的动态管理，从而实现了在不同探测能量下限的条件下，前端读出ASIC工作在最低的功耗且满足触发率的目标。通过本发明中数字辅助的方法实现了模拟前端静态功耗的全自动管理，使前端读出ASIC可以获得更低的功耗并且适合工艺尺寸缩小的低功耗设计趋势。计趋势。计趋势。


技术研发人员：郑然 李志军 王佳 魏晓敏 薛菲菲 胡永才
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.09.16
技术公布日：2021/12/13