Estimation et optimisation du bruit dans un préamplificateur de charge en technologie CMOS

Abstract

Nous présentons dans ce travail les origines physiques des sources de bruit indépendantes dans le préamplificateur de charge « analog front end », et leur modélisation. Dans la première partie, nous nous sommes intéressés aux équations mathématiques permettant d’exprimer les différentes sources de bruit. La seconde partie de ce travail s’est porté sur son évaluation en termes de l’ENC (Equivalent Noise Charge). Pour la suite les études et simulations se sont effectuées pour une technologie standard AMS CMOS 0.35µm et ont montrées que la miniaturisation est un atout. La valeur de l’ENC Total est est dominée par le bruit thermique et peut etre optimisée au détriment de la consommation en jouant sur I_D. Aussi la valeur du courant de drain et le dimensionnement du transistor d’entrée sont décisifs.

Mots-clés : bruit, préamplificateur de charge, transistor CMOS, MatLab.

Estimation and optimization of the noise in detector readout front ends made by CMOS technology

We present in this work the physical origins of independent noise sources in the front end circuit based on CMOS devices. In the first part, we are interested in the mathematic equations to express the different noise sources. The second part of this work has focused on its evaluation in terms of ENC (Equivalent Noise Charge). Studies and simulations are performed for a 0.35µm CMOS on standard technology AMS and shown that the design circuit can reduce the noise level of the CSA (readout front ends). ENC is dominated by the thermal noise of an input MOS and the thermal noise of the feedback resistor R_f. We show several aspects of the noise optimization of the CSA regarding the optimum transistor width and the sensitivity of the ENC to this width.

Keywords : noise, charge preamplifier, transistor CMOS, MatLab.