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随着核技术的发展，核材料的应用范围也在扩大。高能量的核辐射对人体会产生巨大的伤害，为尽量避免这种情况，非常有必要对核辐射进行探测。CZT探测器是新型常温半导体探测器，较之传统的探测器，它具有探测效率高、探测范围广、能量分辨率好、常温工作等优点，因而被广泛应用于核辐射的探测。本课题针对CZT核辐射像素阵列探测器探测的微弱电荷信号，基于GPDK0.18μm，电源电压1.8V工艺模型，对其CMOS模拟读出电路以及A/D转换器进行了设计，为CZT核辐射像素阵列探测器的单芯片集成打下了基础。首先，针对CZT探测器的输出信号特点设计了一个电荷灵敏型前置运算放大器，该放大器的功能是将CZT探测器的电荷型输出信号转换为电压信号。鉴于电荷灵敏型前置放大电路所提取的电压信号非常微弱，接着设计了两级反相比例运算放大器将微弱的电压信号进行线性放大以降低对后续处理电路的性能要求，为照顾前置放大电路的负载，第一级的放大倍数为2比第二级的放大倍数小。然后设计了一个单电容的相关双采样电路对信号进行去噪处理，该电路比传统的相关双采样电路少了一个采样电容因而极大地节省了局部电路的芯片面积。最后设计了一个10位的流水线ADC对模拟信号进行数字化以便后续处理器对信号进行数字处理，该流水线ADC由8个1.5bit/级的子流水级、1个2bit快闪式ADC、延迟单元与数字校正单元四大部份组成，能够快速准确地将模拟信号转换成与之相对应的二进制码数字信号，并且消耗适中的版图面积。经过Cadence的Spectre的仿真表明：①所设计的读出电路能够处理的入射射线的能量范围为100keV~500keV；②所设计的读出电路能够很好地提取CZT探测器的输出电荷信号并将其进行线性放大、去噪以及模数转换；③所设计的读出电路的整体功耗小于5mW，版图面积为1325×970μm~2，为CZT核辐射像素阵列探测器的单芯片集成打下了基础。