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随着半导体行业的快速发展,越来越多的领域开始研制专用的集成电路(ASIC)。高精度、高分辨率的像素探测器被广泛应用于高能物理实验中。我校像素探测器实验室自主研发的TopMetal系列芯片,主要是用于探测介质中飘移过来的电荷,从而得到粒子的运动轨迹。Topmetal-Ⅱ-是TopMetal系列芯片中第一颗具有完备数字读功能的芯片,本文针对Topmetal-Ⅱ-数字读出测试方法进行了深入的研究。论文首先介绍Topmetal-Ⅱ-芯片的数字读出通道的结构和工作原理,在此基础上介绍了数字读出测试平台,包括:测试板的设计、FPGA控制逻辑的设计及仿真、套接字软件的设计、脚本控制软件的设计及绘图软件的设计。然后,重点阐述了通过模拟收集电荷的标准信号激励、扫描各像素量化参考电压,实现像素量化一致性补偿,并对补偿后的像素阵列数字读出性能进行测试的方法及过程。本论文的主要研究工作体现在以下三个方面:(1)设计了硬软件测试平台,包括:设计邦定板和测试底板、FPGA控制固件、基于TCP/IP的网络数据传输软件、面向用户的控制、数据处理及绘图程序。整个测试平台可以通过Python脚本发送控制指令给被测芯片,接收从芯片读出的数据,从而实现自动测试。(2)设计了模拟收集电荷的标准激励信号源:依据电荷在TopMetal上形成电信号的特征,建立数学模型,利用程控函数信号发生器产生这种特定波形作为测试激励信号,输入至各像素的Gring上,来模拟收集的电荷,从而实现TopMetal的定标。(3)提出了像素一致性补偿方法:首先对像素数字化的阈值电压进行扫描,得到各像素阈值电压分布曲线即S曲线,分析S曲线的特征,确定各像素阈值电压的公共电压值和补偿偏移量,通过设置各像素阈值电压补偿值对像素量化的一致性进行补偿。补偿后各像素量化阈值电压的一致性得到了明显提高。本文最后通过测试像素阵列响应的一致性,验证了像素一致性补偿测试方法的可行性,并得出Topmetal-Ⅱ-芯片数字读出逻辑功能正确的结论。同时,测试结果对后续TopMetal系列芯片的设计具有指导意义。