bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2026-24-3-5-13bsuir-4369Research ArticleСтатьиПолузаказная микросхема зарядочувствительного усилителя-формирователя с выходом на оптическую линию связиSemi-Custom Microcircuit of Charge-Sensitive Amplifier-Shaper with Output on Optical Communication LineДворниковО. В.DvornikovO.

Дворников Олег Владимирович, д-р техн. наук, доц., гл. науч. сотр.

220113, Минск, ул. Я. Коласа, 73

Тел.: +375 29 616-45-87

Dvornikov Oleg, Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Principal Researcher

220113, Minsk, Ya. Kolasa St., 73

Tel.: +375 29 616-45-87

oleg.dvornikov@mnipi.byЧеховскийВ. А.TchekhovskiV.

Чеховский В. А., зав. лаб.

Минск

Tchekhovski V., Head of the Laboratory

Minsk

КунцА. В.KuntsA.

Кунц А. В., науч. сотр.

Минск

Kunts A., Researcher

Minsk

ГалкинЯ. Д.GalkinY.

Галкин Я. Д., науч. сотр.

Минск

Galkin Y., Researcher

Minsk

ЧичинИ. И.ChichinI.

Чичин И. И., инж.-электроник

Минск

Chichin I., Electronics Engineer

Minsk

ОАО «Минский научно-исследовательский приборостроительный институт»JSC “Minsk Research Instrument-Making Institute”Институт ядерных проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Nuclear Problems of Belarusian State University202629062026243513Copyright © Дворников О.В., Чеховский В.А., Кунц А.В., Галкин Я.Д., Чичин И.И., 20262026Дворников О.В., Чеховский В.А., Кунц А.В., Галкин Я.Д., Чичин И.И.Dvornikov O., Tchekhovski V., Kunts A., Galkin Y., Chichin I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4369

В статье рассмотрены конструктивные и схемотехнические особенности устройства считывания сигналов время-проекционной камеры многоцелевого детектора для установки ионного коллайдера на базе нуклотрона. Приведены электрические принципиальные схемы, результаты схемотехнического моделирования и упрощенный чертеж топологии для базового матричного кристалла МН2ХА031. Разработанное устройство считывания сигналов позволяет в широком диапазоне варьировать основные параметры. Так, изменением номинала одного внешнего конденсатора от 5 до 100 пФ обеспечивается соответственно изменение длительности выходного импульса на половине его высоты в диапазоне от 150 до 370 нс и эквивалентного шумового заряда от 2130 до 1570 электронов.

The article discusses the design and circuitry features of the signal reading device of the time-projection chamber of the multi-purpose detector for the nuclotron based ion collider facility. Electrical schematic diagrams, circuit simulation results, and a simplified layout for the MH2XA031 master slice array are presented. The developed signal readout device allows for a wide range of key parameter variations. For example, varying the value of one external capacitor from 5 to 100 pF provides a corresponding change in the output pulse width at half maximum from 150 to 370 ns and an equivalent noise charge from 2130 to 1570 electrons.

ядерная электрониказарядочувствительный усилитель-формировательбазовый матричный кристаллполевой транзисторсчитывающая электроникаnuclear electronicscharge-sensitive amplifier-shapermaster slice arrayfield-effect transistorread-out electronicsReferencesАбрамов, И. И. Проектирование аналоговых микросхем для прецизионных измерительных систем / И. И. Абрамов, О. В. Дворников. Минск: Акад. упр. при Президенте Респ. Беларусь, 2006.Abramov I. I., Dvornikov O. V. (2006) Analog Integrated Circuit Design for Precision Measurement Systems. Minsk, Academy of Public Administration under the President of the Republic of Belarus (in Russian).Noise Analysis of Radiation Detector Charge Sensitive Amplifier Architectures [Electronic resource] / T. Noulis [et al.]. Mode of access: https://www.academia.edu/20077515/Noise_analysis_of_radiation_detector_charge_sensitive_amplifier_architectures. Date of access: 02.05.2026.Noulis T., Fikos G., Siskos S., Sarrabayrouse G. (2026) Noise Analysis of Radiation Detector Charge Sensitive Amplifier Architectures. Available: https://www.academia.edu/20077515/Noise_analysis_of_radiation_ detector_charge_sensitive_amplifier_architectures (Accessed 2 May 2026).Low Noise BiCMOS Front-end Amplifier in the DMILL Technology [Electronic resource] / C. Hu-Guo [et al.]. Mode of access: https://www.academia.edu/27904026/Low_noise_BiCMOS_front_end_amplifier_in_the_DMILL_technology. Date of access: 02.05.2026.Hu-Guo C., Schmitt P., Le T. D., Hoffmann C., Zinzinus Y., Hu Y., et al. (2026) Low Noise BiCMOS Front-end Amplifier in the DMILL Technology. Available: https://www.academia.edu/27904026/Low_noise_BiCMOS_ front_end_amplifier_in_the_DMILL_technology (Accessed 2 May 2026).Reducing Noises of High-Speed Bi-JFET Charge-Sensitive Amplifiers During Schematic Design / O. V. Dvornikov [et al.] // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 862. DOI: 10.1088/1757-899X/862/2/022068.Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A., Prokopenko N. N., Pakhomov I. V. (2020) Reducing Noises of High-Speed Bi-JFET Charge-Sensitive Amplifiers During Schematic Design. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 862. DOI: 10.1088/1757-899X/862/2/022068.Comparison of Fast Response and Noise of Charge-Sensitive Amplifiers with Various Types of Input Fets / O. V. Dvornikov [et al.] // 2020 International Symposium on Industrial Electronics and Applications (INDEL), Banja Luka, Bosnia and Herzegovina, 2020. Р. 1–6. DOI: 10.1109/INDEL50386.2020.9266185.Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A., Prokopenko N. N., Titov A. E. (2020) Comparison of Fast Response and Noise of Charge-Sensitive Amplifiers with Various Types of Input Fets. 2020 International Symposium on Industrial Electronics and Applications (INDEL), Banja Luka, Bosnia and Herzegovina. 1–6. DOI: 10.1109/INDEL50386.2020.9266185.A Novel Charge Sensitive Pre-Amplifier Structure for Biological Temperature Readout Applications / H. Wang [et al.] // 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Baltimore, MD, USA, 2017. Р. 1–4. DOI: 10.1109/ISCAS.2017.8050502.Wang H., Yuan S., Islam S. K., Britton C. L. (2017) A Novel Charge Sensitive Pre-Amplifier Structure for Biological Temperature Readout Applications. 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Baltimore, MD, USA. 1–4. DOI: 10.1109/ISCAS.2017.8050502.Kasinski, K. A Flexible, Low-Noise Charge-Sensitive Amplifier for Particle Tracking Application / K. Kasinski, R. Kleczek // 2016 MIXDES – 23rd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Lodz, Poland. 2016. Р. 124–129. DOI: 10.1109/MIXDES.2016.7529715.Kasinski K., Kleczek R. (2016) A Flexible, Low-Noise Charge-Sensitive Amplifier for Particle Tracking Application. 2016 MIXDES – 23rd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Lodz, Poland. 124–129. DOI: 10.1109/MIXDES.2016.7529715.Beikahmadi, M. A Low-Power Continuous-Reset CMOS Charge-Sensitive Amplifier for the Readout of Solid-State Radiation Detectors / M. Beikahmadi, K. Iniewski, S. Mirabbasi // 2016 14th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS), Vancouver, BC, Canada, 2016. Р. 1–4. DOI: 10.1109/NEWCAS.2016.7604833.Beikahmadi M., Iniewski K., Mirabbasi S. (2016) A Low-Power Continuous-Reset CMOS Charge-Sensitive Amplifier for the Readout of Solid-State Radiation Detectors. 2016 14th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS), Vancouver, BC, Canada. 1–4. DOI: 10.1109/NEWCAS.2016.7604833.Low-Noise Fast Charge Sensitive Amplifier Methodology for Low Noise Charge Sensitive Amplifier with Input Transistor Working in Moderate Inversion / N. Aimaier [et al.] // 2014 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE2014), Kuala Lumpur, Malaysia, 2014. Р. 189–192. DOI: 10.1109/SMELEC.2014.6920828.Aimaier N., Sidek R. M., Hamidon M. N., Sulaiman N. (2014) Low-Noise Fast Charge Sensitive Amplifier Methodology for Low Noise Charge Sensitive Amplifier with Input Transistor Working in Moderate Inversion. 2014 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE2014), Kuala Lumpur, Malaysia. 189–192. DOI: 10.1109/SMELEC.2014.6920828.Design of a Charge Sensitive Amplifier for Silicon Particle Detector in BCD 180 nm Process / I. Yadav [et al.] // 2019 32nd International Conference on VLSI Design and 2019 18th International Conference on Embedded Systems (VLSID), Delhi, India, 2019. Р. 541–542. DOI: 10.1109/VLSID.2019.00126.Yadav I., Joshi A., Ruscino E., Liberali V., Andreazza A., Shrimali H. (2019) Design of a Charge Sensitive Amplifier for Silicon Particle Detector in BCD 180 nm Process. 2019 32nd International Conference on VLSI Design and 2019 18th International Conference on Embedded Systems (VLSID), Delhi, India. 541–542. DOI: 10.1109/VLSID.2019.00126.Проектирование аналоговых микросхем для экстремальных условий эксплуатации на основе базового матричного кристалла МН2ХА031 / О. В. Дворников [и др.] // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 2. С. 37–46. DOI: 10.31114/2078-7707-2021-2-37-46.Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A., Prokopenko N. N., Galkin Y. D., Kunts A. V., Chumakov V. E. (2021) Design of Analog ICs for Extreme Operating Conditions Based on the MN2XA031 Base Matrix Crystal. Problems of Developing Advanced Micro- and Nanoelectronic Systems (MES). (2), 37–46. DOI: 10.31114/2078-7707-2021-2-37-46 (in Russian).Галкин, Я. Д. Улучшенная модель двухзатворного JFET для аналоговых интегральных микросхем / Я. Д. Галкин , О. В. Дворников, В. А. Чеховский // Доклады БГУИР. 2022. Т. 20, № 3. С. 20–25. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2022-20-3-20-25.Galkin Y. D., Dvornikov O. V., Tchekhovski V. A. (2022) Double Gate JFET Improved Model for Analog Integrated Circuits. Doklady BGUIR. 20 (3), 20–25. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2022-20-3-20-25 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.