【摘 要】
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对极端条件下的高能密度物理学的研究有极大可能导致科学的突破以及技术的创新,是各国竞相开展的研究领域。而高能密度物理实验中必须具备合适的精密诊断技术,才能对实验进行良好的观察和控制,为物理模型分析提供必要的手段。高能密度物理中的激光惯性约束聚变（ICF）实验中激发出来的光为X射线频段,故针对X射线的超快现象精密诊断技术的研究具有非常重要的科学意义和应用价值。本论文围绕X射线超快现象精密诊断技术中的关
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对极端条件下的高能密度物理学的研究有极大可能导致科学的突破以及技术的创新,是各国竞相开展的研究领域。而高能密度物理实验中必须具备合适的精密诊断技术,才能对实验进行良好的观察和控制,为物理模型分析提供必要的手段。高能密度物理中的激光惯性约束聚变（ICF）实验中激发出来的光为X射线频段,故针对X射线的超快现象精密诊断技术的研究具有非常重要的科学意义和应用价值。本论文围绕X射线超快现象精密诊断技术中的关键元器件-超短快门时间CMOS图像传感器展开研究。论文首先分析了X射线与物质的作用以及PN结探测的原理。然后设计了电流舵结构的像素单元电路,对单元像素电路进行仿真得到的不同光生电流下的响应曲线表明该像元单元电路可以工作在120 ps曝光时长。采用H时钟树的结构进行信号传输,使得快门控制信号在在整个阵列中的均匀分布,同时设计了具有快速下降沿的缓冲器放置在时钟树路径中用于维持快门控制信号的下降速度。采用压控延时电路由曝光开始信号产生曝光结束信号,曝光时间可以通过控制电压大范围调节;在8×8子单元中,采用不平衡反相器分级并联的方式增强控制信号的驱动能力,考虑到不增添额外的像元阵列面积以及匹配性,以中心对称的设计将反相器资源分布在每个像素单元中。最后通过移位寄存器完成行选与列选,将阵列中的像素顺序读出。设置时钟为10MHz,曝光时间设置为180 ps,对8×8阵列以及64×1阵列进行前仿真,验证了CMOS图像传感器电路的功能,总的等效输出噪声为0.238m V,输出摆幅为1.51V,动态范围为76.04d B,功耗为14.05m W。
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