大阵列高速MAPS的压缩采样读出策略及电路架构研究

基本信息
批准号:11705148
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:魏晓敏
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郑然,王佳,赵瑞光,薛菲菲,何英杰,牛伟
关键词:
探测器读出专用集成电路单片有源像素传感器前端电子学高能物理实验
结项摘要

Monolithic active pixel sensors (MAPS) are attractive for the radiation detectors in high energy physics experiments, space exploration, biology medical imaging and so on, due to high integrated density, high resolution, low material budget, potentially high radiation tolerance and low noise with room temperature. In traditional readout architectures of MAPS based on Shannon Sampling, the signals in the whole pixel array are sampled and quantized firstly, and then are compressed for output. The readout speed is decreased for large array and high resolution MAPS. In this project, Compressed Sensing will be adopted to acquire the compressed samples during signal sampling. Consequently, only compressed samples require to be processed with in the following quantization, storage and output. As a result, the frame readout frequency will be increased. The project is expected to propose a high speed readout strategy based on Compressed Sensing for large array MAPS; to construct the circuit architecture of MAPS for supporting the compressed sensing readout strategy; to provide the corresponding radiation hardening strategy; and to evaluate the readout strategy and architecture by building a simulation system and performing electrical and radiation experiments. By this project, new methods and theories will be induced for the readout electronics, and the applications of MAPS will be promoted in high energy physics experiments, space exploration and biology medical imaging.

单片有源像素传感器(Monolithic active pixel sensors,MAPS)具有高集成度、高分辨率、低物质介入度以及潜在较高抗辐射水平的优点,可以在常温下达到较低的噪声水平,是低成本高性能辐射探测器的发展趋势。传统MAPS在信号读出时,对整个像素阵列进行全样本采样和量化,然后对全样本数据进行压缩和输出。面临大阵列MAPS时,传统读出方式需要读出的像素点数目增加,读出速度降低,导致传感器的时间分辨率降低。本项目拟采用压缩采样理论避免全样本的信号采样,直接在采样阶段获取信号的压缩样本,减少采样次数和样本数,从而提高MAPS的读出速度。预期目标是提出新型MAPS的压缩采样策略、电路架构、辐射加固方法以及性能评估方法。这将解决大阵列MAPS的高速读出问题,为探测器读出电子学注入新的理论和方法,同时促进MAPS在高能物理实验、深空探测以及生物医学成像等科学研究中的应用。

项目摘要

MAPS芯片因其低物质介入以及潜在高分辨率、低功耗、高速度以及抗辐射的特点,是粒子探测领域的研究热点。本项目基于压缩采样思想进行高速读出架构的研究,项目取得的主要成果有:第一,建立了压缩采样读出的仿真系统,能够从系统级分析压缩采样的可行性和效率;第二,完成了两种基于压缩采样的MAPS芯片体系结构及电路原理设计;第三,研究了MAPS芯片辐射加固方法,得到了一些易于扩展重用的IP核,包括抗辐射前端读出电路、抗辐射LDO、抗辐射ADC、抗辐射LVDS收发器、抗辐射存储器以及抗辐射触发器。第四,研究了高速MAPS的系统验证方法,完成了高效易用的MAPS芯片仿真验证系统。本项目的部分成果应用于我国CEPC项目硅径迹探测器的验证,其中高速外围数据读出模块直接促进了我国首款全功能的MAPS芯片的研发。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

瞬态波位移场计算方法在相控阵声场模拟中的实验验证

瞬态波位移场计算方法在相控阵声场模拟中的实验验证

DOI:
发表时间:2020
3

不同覆压条件下储层物性变化特征及水驱油实验研究

不同覆压条件下储层物性变化特征及水驱油实验研究

DOI:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2016.02.014
发表时间:2016
4

基于干涉型微光纤器件的海水温盐压传感方法研究进展

基于干涉型微光纤器件的海水温盐压传感方法研究进展

DOI:10.3788/LOP202158.1306015
发表时间:2021
5

分层地质类材料靶体抗超高速侵彻模型实验

分层地质类材料靶体抗超高速侵彻模型实验

DOI:10.11883/bzycj-2018-0230
发表时间:2019

魏晓敏的其他基金

相似国自然基金

1

红外焦平面阵列视网膜形态读出电路技术研究

批准号:60702007
批准年份:2007
负责人:孟丽娅
学科分类:F0118
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
2

红外焦平面阵列新结构高性能CMOS读出电路研究

批准号:60077025
批准年份:2000
负责人:袁祥辉
学科分类:F0504
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
3

基于压缩采样的单路模拟信号的随机采样集成电路实现方法研究

批准号:61171001
批准年份:2011
负责人:李冬梅
学科分类:F0118
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

基于MAPS的星载硅径迹探测器及读出电子学原理研究

批准号:11773027
批准年份:2017
负责人:封常青
学科分类:A1903
资助金额:67.00
项目类别:面上项目