【摘 要】
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现有的有机光电探测器研究工作大部分是围绕其材料和结构方面做的,但在有机光电探测器的信号读出方面并没有过多的提及。因此,有必要基于有机光电探测器设计一种信号读出电路,用来满足项目的测试需求和完成器件的性能评估工作。本论文的主要研究内容是围绕有机光电探测器读出电路,基于传统的PCB和分离元件做了相关论证和设计工作,提出了一个基于FPGA和板级工艺的低成本小阵列读出电路的实现方案,主要做了如下工作:首先
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现有的有机光电探测器研究工作大部分是围绕其材料和结构方面做的,但在有机光电探测器的信号读出方面并没有过多的提及。因此,有必要基于有机光电探测器设计一种信号读出电路,用来满足项目的测试需求和完成器件的性能评估工作。本论文的主要研究内容是围绕有机光电探测器读出电路,基于传统的PCB和分离元件做了相关论证和设计工作,提出了一个基于FPGA和板级工艺的低成本小阵列读出电路的实现方案,主要做了如下工作:首先分析和总结了目前国内外研究团队在有机光电器件方面的研究进展,阐述论文的研究目的和意义。总体结构设计方面,参考已有的研究工作,介绍了常用的读出电路结构,并经过仔细论证和分析,对比各类读出电路结构,将CTIA读出电路作为本论文中设计的核心结构。在完成读出电路核心结构的选取后,不仅定性分析了CTIA结构的基本原理,还定量计算了一些关键性能参数,推导出了相应的计算公式。其次分析了性能参数它们之间的关系。然后,确定了论文中读出电路的设计要求和系统总体结构。最后提出了一种CTIA电路工作中,保持线性电压输出的电容切换方案。硬件设计方面,基于PCB工艺和分立元件进行设计。对单通道读出电路进行了硬件设计,包括探测器单元器件的选取和论证,读出电路的结构优化等工作,并介绍了其中所使用的芯片特性。对小阵列读出电路,进行了硬件设计。其基本结构和单通道读出电路的结构相同,只是将单通道扩展成了16个通道;基于Altera公司的产品EP4CE10E22C8芯片,设计了一个FPGA最小系统,用于控制读出电路的信号读出,也可以为后续算法和程序验证工作提供硬件支持。逻辑电路设计方面,详细阐述了时钟模块的设计,包括具体的时钟产生和功能仿真结果。对整个读出电路的控制时序也进行了逻辑电路的设计,包括其探测器选通控制信号APD＿SW＿CTR的产生,以及其他读出电路控制信号的产生,同时也进行了功能仿真。设计了DAC芯片AD5665RBRUZ的Verilog HDL驱动程序。最后在完成上述工作的过程中,测试了时钟信号和时序控制信号;测试了硅基器件和有机器件的寄生电容和等效电阻;评估了读出电路偏置电压性能;测试了积分信号与采样信号的线性度;探究了积分电容大小对积分信号的影响;探究了偏置电压对积分信号信噪比的影响。
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