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随着粒子探测器在高能物理、核医学和矿物分析等领域的广泛应用,新型粒子探测器的研究越来越受到重视,而这些探测器输出的微弱信号需要经过放大、整形后才能被下一级电路处理,因此电荷灵敏前置放大器在探测器读出电路中起重要作用。作为读出电路的前端,电荷灵敏前放的性能直接影响读出电路的性能,其噪声决定了芯片能处理的最小输入电荷。因此,深入研究电荷灵敏前放提高其性能对于读出电路至关重要。本文的主要研究内容是设计TopMetal2_像素探测器芯片中的电荷灵敏前放。TopMetal2_利用IC制造工艺中的顶层金属作为电子收集极,其单个像素的面积为83.2um×83.2um,阵列大小为72x72,能实现电子的二维空间测量,且TopMetal2_芯片空间分辨率高,可以与碲锌镉晶体结合作为碲锌镉探测器,应用于CT成像、离子束流测量等领域,并能够实现高精度测量。TopMetal2_芯片是以实现单电子探测为最终目标的探测芯片,其等效噪声电荷的设计指标为30e,这对电荷灵敏前放的设计提出了很高的要求。TopMetal2-芯片采用了x-fab 0.35um工艺,使用了CadenceIC5141平台的Virtuoso和仿真器spectre,设计了折叠共源共栅运放结构的电荷灵敏前放,并对该前放进行仿真。仿真结果显示,该电荷灵敏前放的增益为73dB,电源抑制比为85dB,共模抑制比为95dB,功耗为luA,面积大小为51.lumx21.1um,等效噪声电荷为23e,达到了预期的设计目标。文章首先介绍了探测器的相关内容以及TopMetal2_芯片,接着介绍了IC设计的基础知识,然后分析了电荷灵敏前放的噪声分布以及优化方法,并根据设计的指标要求给出了具体的电路结构、参数和相应的结果,完成了电路版图的设计,并测试了芯片的模拟读出功能,测试结果表明各项指标达到了设计要求。