orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle Progetto a basso rumore d preamplfcator d carca n tecnologa bpolare, JFET e MOS Lodovco Ratt I.N.F.N. Sezone d Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 SOMMRIO Scelta e dmensonamento del dspostvo d ngresso n preamplfcator d carca Preamplfcator n tecnologa bpolare Preamplfcator n tecnologa JFET Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard Preamplfcator n tecnologa MOS ltre sorgent d rumore n preamplfcator MOS onfront tra dspostv d dversa polartà e tecnologa
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Sorgent d rumore nel preamplfcatore d carca Preamplfcatore reale con sorgent d rumore nterne Preamplfcatore deale prvo d rumore con sorgent d rumore rferte all ngresso
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 arca equvalente d rumore (EN) vn EN = Vp Q Vp = harge senstvty Q 1 F In un canale analogco ben progettato le prestazon d rumore sono determnate prncpalmente dalle caratterstche del dspostvo d ngresso
Preamplfcator n tecnologa bpolare orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Sorgent d rumore nel transstore bpolare de df BB' = 4kTr BB' Rumore termco nella resstenza dstrbuta d base d df = qi b B + kbi f B Rumore granulare ed 1/f nella corrente d base d c = df qi Rumore granulare nella corrente d collettore
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Generator d rumore equvalent rfert alla base del dspostvo de 1 n = 4kT rbb' rbb' df + g, << m r π d df = qi b B + k fi f B
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Rumore 1/f nella corrente d base: determnato dalla presenza d trappole assocate a dfett nella zona d svuotamento tra base ed emetttore, n partcolare nella zona d superfce Nose current spectrum [p/hz 1/ ] 10 I = µα B 10 1 1 µα 0.5 µα 10 0 0. µα 10-1 10 1 10 10 3 10 4 10 5 10 6 f [Hz] R c DUT b R B R F v out JFET Input Low Nose Transmpedance mplfer
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare In un preamplfcatore d carca con ngresso a transstor bpolar, la carca equvalente d rumore assume la seguente espressone generale ( ) 4kTr qi k I kt BB' EN = 1 T + 1 T + 3 tp + qitp tp β 5 f β t p dove 1, 3 ed 5 sono coeffcent d formatura dpendent dalla funzone d trasfermento del formatore + 0 1 1 = T( jx) dx π + 0 ( jx) 1 T 3 = dx π x + 0 ( jx) 1 T 5 = dx 3 π x ffnché l terzo ntegrale converga è possble adottare, per esempo, una formatura d tpo semgaussano bpolare
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare S osserv che tutt termn della EN, ad eccezone del secondo, assocato al rumore nella resstenza dstrbuta d base, possono essere espress n funzone del prodotto I t p Se s trascura quel termne, EN assume l espressone ( ) kt 1 q k f EN ( u) = 1 T + 3 u+ 5 u, u = q u β β I t p 10 5 D=1 pf I =100 µ D= pf EN [e rms] 10 4 10 3 D=5 pf D=10 pf EN contrbuton from 1/f parallel nose 10 R -R shapng 10 0 10 1 10 10 3 t [ns] p
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Il mnmo della precedente espressone può essere determnato analtcamente (rsoluzone d una equazone d terzo grado) Un caso comunque pù nteressante è quello n cu l rumore d tpo 1/f nella corrente d base sa trascurable rspetto a quello granulare In questo caso la EN assume l espressone ( ) kt 1 q EN ( u) = 1 T + 3 u q u β he assume valore mnmo per den du ( u) q ( kt) = 3 β - 1 T u q opt 1 u = I = 0 t p = T kt q 1β 3 Il mnmo d EN vale ( u ) 13 EN opt = 4TkT β
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare u = I t = opt p T kt q 1β 3 Se l valore della corrente d collettore è fssato n base a crter d consumo d potenza, l tempo d pcco può essere determnato sulla base della mnmzzazone della carca equvalente d rumore Se l valore del tempo d pcco è fssato sulla base, per esempo, della frequenza prevsta per gl event sotto msura, la corrente d collettore può essere fssata sulla base delle consderazon relatve alla carca equvalente d rumore
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Orgne della resstenza dstrbuta d base de df BB' = 4kTr BB'
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Rduzone degl effett dovut al rumore nella r BB Sotto l potes che sa r BB <<r π, la corrente d corto crcuto n uscta, dovuta alle sorgent d rumore termco, è par a d df cc = 4kT g ( r + g r + g r + g r ) m1 BB'1 m BB' m3 BB'3 m4 BB'4 Nell potes che transstor abbano tutt la stessa transconduttanza e la stessa resstenza dstrbuta d base, la denstà spettrale d rumore equvalente sere rferta alla base del dspostvo è par a de BB',t df = 1 ( 4g ) m d df cc 1 = 16g m r = 4kT 4 4kT BB' ( 4g r ) m BB' = 4kTr BB't =
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Rduzone degl effett dovut al rumore nella r BB (process monoltc) Transstor n parallelo Struttura con rng d base
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Resstenza fredda Utle n applcazon rad-hard, n cu l elettronca debba essere collocata ad una certa dstanza dal rvelatore a causa dell elevato lvello d radazone Termnazone con resstore Termnazone con mpedenza dnamca dell amplfcatore R = s 1 g m1
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare Se R F F =R 0 0 v R 1+ sr g F 0 0 Z n = = s gm1r 0 1+ srff 1 g m1 0 F Il vantaggo, n termn d rumore, d questa soluzone può essere messo n rlevo confrontando la carca equvalente d rumore EN R dovuta alla resstenza d termnazone e la carca equvalente d rumore EN b assocata al preamplfcatore 4kT EN n = R b n n EN = 4kT R b S 3 t p T 1 1 t p EN n n = EN.5 10 b 4 T T b n = T R b s R n 1 3 t Per R s =5Ω, R s =50Ω 1 / 3 =1, T =10pF, t p =10ns T T p
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa bpolare No rad-hard cable 3 m rad-hard cable 6 m rad-hard cable
Preamplfcator n tecnologa JFET orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET Sorgent d rumore nel FET a gunzone de df GG' = 4kTr GG' Rumore termco nella resstenza sere d gate d G = df qi G Rumore granulare nella corrente d gate d df d = 4kTΓg m + f f,p + N = 1 1+ L,p, τ L, ( πfτ ) L, Rumore termco d canale, 1/f e Lorentzano nella corrente d dran
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET Generator d rumore equvalent rfert al gate del dspostvo de df f N n f L, L, = 4kT rgg' + g + + m f = 1 1+ ( πfτ L, ) = g f,p m, L, Γ = g L,p, m τ, d g = df qi G
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET rtero del matchng capactvo onsente d mnmzzare la carca equvalente d rumore attraverso la scelta delle dmenson del dspostvo d ngresso n un sstema per la msura della carca con ngresso a FET Offre un crtero per la determnazone della larghezza d canale W (fssata la lunghezza L) del dspostvo d ngresso Due condzon d ottmzzazone: a corrente d dran costante a denstà d corrente costante Il crtero del matchng capactvo è applcable anche nel caso d preamplfcator n tecnologa MOSFET (purché s consder l funzonamento n zona d saturazone e d forte nversone)
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET L espressone della EN nel caso d un preamplfcatore con ngresso a FET (trascurando le component d tpo Lorentzano) è 4kTΓ 1 EN = 1 T + gm tp T f ( jx) T = dx x + 0 dove T = + F + D = + D * S supponga d operare a temp d formatura a qual l secondo ed l terzo termne sano trascurabl; allora EN 1 T 4kTΓ g m 1 t p S osserv ora che nel JFET g = m µ G W I L D 3 G WL GS nel MOSFET g = m µ OX W I L D 3 OX WL GS
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET Mnmzzazone della EN a corrente costante (solo rumore banco) Questo crtero d progetto prvlega gl aspett relatv alla dsspazone d potenza Fssate L (n base a consderazon d mnma occupazone g m, EN d area) ed I D ( ) * D + Il mnmo s determna annullando la dervata d EN rspetto a den = 0 d 1 = 3 * D
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET Mnmzzazone della EN a denstà d corrente costante (solo rumore banco) Il valore della denstà d corrente determna la regone operatva del dspostvo d ngresso (n partcolare le condzon d nversone nel canale del MOSFET) E possble dmostrare che n queste condzon la frequenza d transzone (f T ) del dspostvo è costante Fssate L e I D /W g m, EN * ( + ) D La EN può essere mnmzzata rspetto a. S può verfcare che la carca equvalente d rumore è mnma per * = D
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET Mnmzzazone della EN nel caso d solo rumore 1/f S supponga d operare a temp d formatura a qual prevalga l contrbuto assocato al rumore 1/f k WL * ( ) EN ft D + L espressone della EN può essere rscrtta nel modo seguente EN * ( + ) D che conduce alla condzone d mnmo gà vsta nel caso d mnmzzazone a denstà d corrente costante * = D
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET oncluson relatve al crtero d matchng capactvo: nel caso d mnmzzazone a denstà d corrente costante, la scelta * = D consente d mnmzzare sngolarmente termn d EN assocat a contrbut d rumore termco d canale ed 1/f e d mnmzzare qund la EN complessva nel caso d ottmzzazone a corrente costante, cascuno de due contrbut vene mnmzzato con un dverso valore d ; la EN complessva può essere ottmzzato sceglendo n manera tale che 3 * D < < * D l valore effettvo d dpende dal peso relatvo tra due contrbut
Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologa JFET) orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) Rumore Lorentzano Il rumore d tpo Lorentzano s osserva n partcolare n JFET espost ad elevate dos d radazone La sua denstà spettrale d potenza rferta al gate del dspostvo può essere espressa come Densta' spettrale d rumore [10-18 V /Hz] 10-15 10-16 10-17 10-18 ~1/f 10 100 1000 10 4 10 5 10 6 frequenza [Hz] de df L = N = 1 1+ L, τ L, ( πfτ ) L,
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) Denstà spettrale d rumore n dspostv JFET (a canale N e P) realzzat con un processo JFET-MOS (W/L=800/4, I D =0.8 m) Prma dell rraggamento Dopo esposzone ad 1 Mrad d ragg γ
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) La frequenza caratterstca delle component d tpo Lorentzano n dspostv espost a ragg γ è con buona approssmazone ndpendente dalla tecnologa ma dpendente dalla polartà del dspostvo 10 8 10 7 L [(nv) ] 10 6 10 5 10 4 DMILL Bured Layer NJFET-MOS PJFET-MOS N5114 N5461 10 3 10 10 10 10 3 10 4 10 5 f L [Hz]
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) In sstem per la msura della carca con ngresso a JFET, l rumore lorenzano determna l nsorgere d un contrbuto d EN con espressone EN L = N T = 1 L, 4 τ t L, p n cu l coeffcente d formatura 4 non è costante ma dpende dal tempo d formatura t p ( jx) + τ L, 1 τl, T 4 = dx tp π tp 0 τ L, 1+ x tp
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) causa dell andamento del coeffcente d formatura 4, l termne d EN dovuto al rumore Lorentzano assume un peso sgnfcatvo a temp d formatura dell ordne della costante d tempo caratterstca τ L, oeffcente d formatura 4 nel caso d formatura a cuspde ndefnta
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) L effetto del rumore Lorentzano n preamplfcator rraggat con radazone onzzante s manfesta attraverso l aumento della EN n un ntorno del tempo caratterstco τ L, EN n un preamplfcatore (processo JFET-MOS, ngresso a NJFET, W/L=400/1.6) esposto a ragg γ. Le msure s rferscono ad una formatura semgaussana bpolare del II ordne.
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) Prma dell rraggamento 1 Mrad ~1 ms ~5 µs 5.5 Mrad 10 Mrad ~1.5 µs ~1 µs
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa JFET arca equvalente d rumore assocata a preamplfcatore con ngresso a canale N EN N = W,N T 1 1 t p + B W,N t p + T L,N1 4 τ t L,N1 p + L,N 4 τ t L,N p arca equvalente d rumore assocata a preamplfcatore con ngresso a canale P EN P = W,P T 1 1 t p + B W,P t p + T L,P 4 τ t L,P p E possble determnare come var l tempo d pcco d ntersezone tra le due curve confrontando le due espresson della carca equvalente d rumore EN EN N P Il problema può essere rsolto analtcamente nel caso d formatura deale a cuspde ndefnta e trascurando termn attv alle basse frequenze (rumore 1/f e componente Lorentzana n bassa frequenza) t p ( D) = τ L,N πτ L,N f T,P 8π kt f T,N 1 ( f f ) T,N L,N T,P ( D) 1
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Scelta del dspostvo n applcazon rad-hard (tecnologe JFET) Un crtero d scelta per l dspostvo d ngresso d preamplfcator a JFET può essere estratto da msure d rumore su dspostv sngol. La scelta può essere effettuata una volta not l tempo d formatura e la dose attesa per l sstema d msura
Preamplfcator n tecnologa MOS orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS Sorgent d rumore nel MOSFET de df GG' = 4kTrGG' Rumore termco nella resstenza sere d gate d = 4kTΓg df d + m f, p f Rumore termco d canale ed 1/f nella corrente d dran
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS Generator d rumore equvalent rfert al gate del dspostvo de n = 4kT r df f = g f,p m GG' Γ + g m + f f,
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS rtero del matchng capactvo n regone d forte nversone In regone d funzonamento d saturazone e forte nversone crter d mnmzzazone gà ndvduat nel caso d preamplfcator a JFET valgono anche per preamplfcator a MOSFET. La carca equvalente d rumore è data da 4kTΓ 1 EN = 1 T + gm tp Nel caso d ottmzzazone a denstà d corrente costante T f * = D Nel caso d ottmzzazone a corrente costante 3 * D < < * D
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS rtero del matchng capactvo n regone d moderata nversone Ne crcut d front-end n tecnologa MOS, l dspostvo d ngresso del preamplfcatore s trova spesso ad operare n condzon d moderata o debole nversone a denstà d corrente dell ordne d 0.1 µ/µm In queste condzon la transconduttanza cresce quas lnearmente con la corrente; a corrent estremamente basse g m = ID kt n q mostra una pù debole dpendenza dalla geometra del canale e dalla polartà del dspostvo rspetto al caso d funzonamento n forte nversone
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS La transconduttanza può essere espressa n funzone d g W η η m Per bass temp d formatura, nel caso d ottmzzazone a corrente costante MOS 0.18 µm, L=0. µm, I D =50 µ, V DS =0.8 V η=0.1 (NMOS) η=0.18 (PMOS) EN * ( + ) D η L EN mnma s ottene per η = η * D S not che per η=1/ l rsultato concde con quello ottenuto nel caso n cu l dspostvo lavor n regone d forte nversone (n cu g m è proporzonale a W 1/ )
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS Per temp d formatura lungh prevale l termne d EN assocato al contrbuto d rumore d tpo 1/f Il valore mnmo d EN s ottene ancora per = D * l varare del tempo d formatura l valore ottmo d può essere determnato numercamente * / D* tende asntotcamente ad 1 all aumentare del tempo d formatura (prevale l contrbuto d tpo 1/f) MOS 0.18 µm, L=0.35 µm, I D =50 µ, V DS =0.8 V, D * =10 pf, formatura semgaussana unpolare del secondo ordne
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS ltre consderazon sulle dmenson ottme del dspostvo d ngresso In regone d debole nversone la transconduttanza dpende esclusvamente da I D e non dpende da L e W g m = ID kt n q In queste condzon vncol mpost alla corrente d dran fssano l valore d g m. onvene n questo caso utlzzare l mnmo valore d W che mantene l dspostvo n queste condzon d nversone In dspostv che operano n condzon d veloctà d saturazone (v sat ) g = m OX Wv sat e la condzone d mnmo è ancora = D *
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS Effetto del rumore nel dspostvo a base comune dello stado cascode Il rumore assocato all amplfcatore d corrente che segue l dspostvo d ngresso nfluenza le scelte d progetto relatve allo stesso elemento d ngresso
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS L anals d pccolo segnale mostra che la denstà spettrale d rumore all uscta del crcuto è data da * ( + ) dv out,n D d n 1 = + + df gm1f df rds D g m1gd den * ( ) + df Il termne G = 1 r DS + g m1 GD * ( + ) D è la conduttanza dnamca vsta al dran d M1 Osservazone: è opportuno sceglere per l dspostvo d ngresso una lunghezza L maggore della lunghezza mnma consentta dalla tecnologa
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS S consder l caso n cu l rumore n M1 e M sa lmtato al contrbuto d rumore termco d canale EN = 4kTΓ t 1 p * ( + ) D ω T + β 1 g m 000 1500 on rum ore n T dove GD =β e ω T =g m1 / Osservazon: EN [e rms] 1000 500 n assenza d rumore n M la EN raggunge l mnmo per = D * n presenza d rumore n M l mnmo della EN vene raggunto per valor pù pccol del rapporto D* / 0 Senza rum ore n T 0 0.5 1 1.5 / D * ω T =1.5 Grad/s, β =0.14, 1 =1.33, D* =1 pf, t p =100 ns, g m =1 ms attenzone al contrbuto d tpo 1/f, trascurato nella precedente equazone
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS Possbl soluzon: uso d stad cascode non complementar uso d confgurazon a cascode attvo
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 Preamplfcator n tecnologa MOS S dmostra che n questo caso l mpedenza dnamca vsta sul dran d M1 rsulta attenuata d un fattore 1-K=1+g m3 Z x dv out,n df = * ( + ) D m1 g f d df n + 1 1 m1 * m3 x ( 1 K) r ( + ) df DS + g D GD de n, K = -g Z
onfront tra dspostv d dversa polartà e tecnologa orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 onfronto tra dspostv d dversa polartà e tecnologa PMOS vs. NMOS In debole nversone l rumore termco d canale è con buona approssmazone ndpendente dalla polartà del dspostvo Il contrbuto d rumore 1/f ne dspostv a canale P è d mnore enttà rspetto a MOSFET a canale N
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 onfronto tra dspostv d dversa polartà e tecnologa NJFET vs. PMOS Il FET a gunzone ha rumore 1/f mnore rspetto al MOSFET Il MOSFET ha rumore termco d canale pù pccolo rspetto al JFET (maggore rapporto g m /I D ) 1000 NJFET PMOS EN [e rms] 100 JFET: L = 1. µm MOSFET: L = 0.35 µm D * = 15 pf 10 10 100 1000 10 4 10 5 t P [ns]
orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 onfronto tra dspostv d dversa polartà e tecnologa BJT vs. MOSFET pccol temp d formatura, dove l contrbuto del rumore granulare nella corrente d base è trascurable, l transstore bpolare offre prestazon mglor del MOSFET come dspostvo d ngresso d preamplfcator d carca (ha un rapporto g m /I D pù elevato) 10 4 MOS EN [e rms] 1000 BJT I = 00 µ T = 15 pf 100 1 10 100 1000 t P [ns]
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orso Nazonale d Formazone Elettronca d front-end per rvelator d partcelle, Pava, 6 ottobre 004 M. Manghson, L. Ratt, V. Re, V. Spezal, G. Travers, G. Fallca et al., Nose analyss of SOI bpolar transstors for the desgn of charge measurng systems, IEEE Trans. Nucl. Sc., vol. 51, pp. 980-986, June 004. P.F. Manfred, V. Re, Trends n the desgn of spectroscopy amplfers for room temperature sold state detectors, IEEE Trans. Nucl. Sc., vol. 51, pp. 118-1190, June 004. P.F. Manfred, M. Manghson, L. Ratt, V. Re, V. Spezal, Resoluton lmts achevable wth MOS front-end n X and γ ray analyss wth semconductor detectors, Nucl. Instrum. Methods, vol. 51, pp. 167-178, 003. M. Manghson, L. Ratt, V. Re, V. Spezal, Submcron MOS technologes for low-nose analog front-end crcuts, IEEE Trans. Nucl. Sc., vol. 49, pp. 1783-1790, ug. 00. P.S. Datte, P.F. Manfred, J.E. Mllaud, M. Placd, L. Ratt, V. Spezal et al., Optmzaton of sgnal extracton and front-end desgn n a fast, multgap onzaton chamber, IEEE Trans. Nucl. Sc., vol. 49, pp. 1086-1091, June 00. M. Manghson, L. Ratt, V. Re, V. Spezal, Low-nose desgn crtera for detector readout systems n deep submcron MOS technology, Nucl. Instrum. Methods, vol. 478, pp. 36-366, 00. M. Manghson, L. Ratt, V. Re, V. Spezal, Selecton crtera for P and N-channel JFETs as nput elements n low-nose radaton-hard charge preamplfers, IEEE Trans. Nucl. Sc., vol. 48, pp. 1598-1604, ug. 001.