Bildgebung mit DEPFET - Prof. Dr. Norbert Wermes - Universität Bonn

48 KAPITEL 3. DAS DEPFET PIXEL BIOSCOPE3.4.1 CARLOS 2.0CARLOS 2.0 ist der Nachfolgechip des von Peter Fischer und Wolfgang Neeser entwickeltenDatennahmechips CARLOS 1.0 und wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt.Die Aufgabe des Chips ist es, die von den 64 Pixeln einer Matrixzeile kommenden Transistorströmeparallel zu verstärken und zu speichern; die analogen Messwerte werden dannseriell an einen Analog-Digital-Wandler übertragen. Dies muß zum einen mit einer ausreichendhohen Geschwindigkeit geschehen, damit alle 64 Zeilen einer Matrix innerhalb vont readout ≈ 1ms ausgelesen werden können; zum anderen muß der Chip sehr rauscharmsein, damit die guten Rauscheigenschaften von DEPFET- Sensoren erhalten bleiben.Bei der Dimensionierung von CARLOS 1.0 waren die DEPFET-Sensoren noch nichtproduziert, so dass dort für die erwarteten Detektorkenngrößen auf Simulationen undMessungen an früheren Detektoren zurückgegriffen wurde. CARLOS 1.0 wurde daher füreinen mittleren Transistorsättigungsstrom von I dss = 100µA und eine mittlere Variationder Transistorströme von σ Idss ≈ 2 % konzipiert. Wie in Kapitel 4.2 genauer beschriebenwird, variieren die Sättigungsströme der Transistoren der fabrizierten 64x64 DEPFET-Matrix aber im Mittel um σ Idss ≈ 5 %, wobei der mittlere Sättigungsstrom etwa dreimalhöher ist als ursprünglich geplant. Aus diesen Gründen übersteigt die Variation derTransistorsättigungsströme den maximalen Stromeingangsbereich des DatennahmechipsCARLOS 1.0 von ∆I In = 18.2µA.Die wesentlichen Anforderungen an CARLOS 2.0 waren:• Bei einem mittleren Transistorsättigungsstrom von I dss = 320µA sollten Strömemit absoluten Schwankungen von bis zu 60µA vom Chip verstärkt und an denexternen Analog-Digital-Konverter übertragen werden können.• Um den Einfluß von Rauschbeiträgen nach der Verstärkung des Stromes geringzu halten, sollten die vorgenommenen Änderungen nicht zulasten der Verstärkunggehen. Zudem sollten durch die Änderungen keine zusätzlichen Rauschbeiträge amEingangsknoten des Chips entstehen.• Um eine Neukonzeption der digitalen Karte (DDC) zu vermeiden, sollte CARLOS2.0 nicht mehr als 5 digitale Steuersignale benötigen.Wie CARLOS 1.0 wurde CARLOS 2.0 mit der 0.8µm-CMOS-Technologie von AMS 5gefertigt. Eine Aufnahme von CARLOS 2.0 ist in Abbildung 3.8 gezeigt.Im folgenden wird zunächst das Konzept von CARLOS 2.0 beschrieben, woraufhin aufdie einzelnen Komponenten des Chips genauer eingegangen wird. Zum Schluß erfolgt eineZusammenfassung des Kapitels.5 Austria Micro Systems International