大面积GEM中子探测器高计数率读出电子学系统研制

研制并测试了GEM中子探测器的512通道高计数读出电子学系统，以满足中国散裂中子源高效率、高分辨、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求。系统以Kintex-7 FPGA作为系统控制和数据分析的核心，使用8块AS20Board前端芯片对灵敏面积为200 mm×200 mm的探测器的两个维度的信号进行读出，读出通道为256×256。读出数据经FPGA分析后通过千兆以太网传输至计算机显示。计算机可通过千兆以太网发送配置指令对前端采样电路和FPGA算法进行配置。系统与探测器组装后在中子束流实验中测得系统最高瞬时计数率为（1.2±0.1）×106 s^-1，系统运行稳定，受噪声干扰小。     

高计数率气体探测器读出电子学原型机研制

研制一套可用于高计数率气体探测器的读出电子学原型机系统,包括前端板、数据采集板和上位机。前端板采用一款先进的前端读出专用集成电路(ASIC)芯片实现对探测器信号的测量和模数转换;数据采集板利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对数据的分析、处理和传输;上位机实现控制指令发送、PC端数据接收及存储等。在22~99 fC的输入范围内,原型机各通道积分非线性均好于024%;联合探测器使用55Fe放射源测试,结果好于相同条件下的商用电子学。可满足20 kHz计数率下GEM TPC探测器的读出需求。     

气体电子倍增膜(GEM)探测器的读出方式

作为一种新型微单元结构气体探测器，GEM探测器具有许多优势，其中之一就是其读出方式灵活多样。标准不同，读出方式的分类亦不相同。根据读出方式的不同原理，将GEM探测器的读出方式分为四种，分别介绍了这四种读出方式的基本原理，结构及工作过程，并对它们各自的优缺点作了比较。     

GEM探测器延迟线读出方法的模拟研究

采用MATLAB-Simulink环境下的SimPowerSystem程序,对GEM探测器的延迟线读出方法进行了模拟和计算.介绍了延迟线读出电路模型的建立方法,给出了相关的模拟和测试结果.     

一种适用于探测器读出系统的LVDS芯片的研制

研制了一种适用于高能物理中探测器读出系统的LVDS芯片,采用极低的电压摆幅实现高速差动传输数据,可以实现点对点或一点对多点的连接和传输。芯片包括驱动和接收两部分,均采用0.35um/3.3 V CMOS工艺设计,测试结果显示芯片基本达到预期研制目标。     

用于GEM探测器的电容积分式读出芯片的研究

介绍了GEM探测器阵列结构的一种读出方案,重点介绍了该读出方案中开关阵列芯片的设计.主要内容包括PAD前端读出电子学结构,开关电容阵列结构工作原理,开关阵列芯片设计,文章的最后给出了芯片测试结果.该10通道开关电容阵列芯片可以扩展为更多的通道,以满足更大规模的GEM探测器的阵列方式读出需要.     

基于APV25读出电子学系统的GEM探测器的位置分辨与X射线成像研究

采用3层GEM膜制作了有效面积为10 cm×10 cm的GEM探测器,该探测器采用二维条读出方式,条间距为400 μm,每个维度有256个读出通道。探测器的读出采用APV25读出电子学系统,根据GEM探测器的需要,设计并改进了电子学系统使用的背板连接器。实验测得GEM探测器空间分辨为76 μm。进行了X射线二维成像研究,获得了清晰的二维图像,探测器与电子学运行稳定可靠。     

大面积GEM中子探测器高计数率读出电子学系统研制

研制并测试了GEM中子探测器的512通道高计数读出电子学系统,以满足中国散裂中子源高效率、高分辨、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求。系统以Kintex-7 FPGA作为系统控制和数据分析的核心,使用8块AS20Board前端芯片对灵敏面积为200 mm×200 mm的探测器的两个维度的信号进行读出,读出通道为256×256。读出数据经FPGA分析后通过千兆以太网传输至计算机显示。计算机可通过千兆以太网发送配置指令对前端采样电路和FPGA算法进行配置。系统与探测器组装后在中子束流实验中测得系统最高瞬时计数率为(1.2±0.1)×10~6 s~(-1),系统运行稳定,受噪声干扰小。     

基于峰值保持电路的GEM探测器前端读出ASIC设计

介绍了一种用于多层GEM探测器的低噪声前端读出ASIC芯片.针对GEM探测器输出信号特点,设计了电荷灵敏放大器、整形电路和峰值保持电路,并对其噪声、成形时间等设计指标参数进行了分析.     

带增益的气体探测器读出ASIC的研制

设计了用于带增益的气体探测器比如GEM、RPC等读出的ASIC,实现对探测器信号的放大、成形和对后续实时采样ADC的驱动电路.电荷增益和成形时间可调,有利于探测器不同增益下性能的研究,也扩展了芯片的应用范围.由于成形电路引入的噪声变得显著,在低电荷增益下,ENC会随增益下降而增加.芯片采用Chartered 0.35μm2P4M CMOS工艺,论文介绍了芯片的详细设计和仿真结果.     

一种飞行时间法读出电路

本文介绍了北京谱仪飞行时间法电子学中的读出电路部分。它同时测量闪烁探测器的信号到达时间和信号的电荷量,以利用电荷量对时间移动进行离线修正。     

Scintillation Calorimetry and Readout Techniques

The status and prospects of new scintillation materials for calorimetry applications in high energy physics are reviewed. New readout methods are discussed with emphasis on the operation of high resolution scintillation calorimeters in magnetic fields.     

DAMPE-PSD读出电子学研制

暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer, DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星，用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector, PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一，参与承担高能粒子电荷测量和电子/γ射线鉴别任务。PSD由82根塑料闪烁体条和164个光电倍增管（photomultiplier tube, PMT)组成，有328个输出通道，每根塑料闪烁体条的动态范围为2×103，需配备1套完备的读出电子学系统。该电子学系统由4块前端电子学（front-end electronics, FEE）板构成，共具有360个信号处理通道，总功耗6 W。电路主要包括电荷测量电路、模拟调理电路、模数变换电路、刻度电路、环境监测电路、FPGA电路、电源管理电路以及接口电路等，其主要功能是基于32路模拟信号将PMT的电荷信号输入VA160 ASIC芯片，考虑了抗辐照加固、温度设计等一系列关键问题，以确保在严酷的太空中具有长期的可靠性。测试结果表明，该FEE系统工作稳定、性能良好，具有较好的技术指标，每个电子学通道实现了0～12.5 pC的动态范围，通道的随机噪声水平好于2 fC，积分非线性好于0.6%。FEE能适应恶劣的空间环境，具有很高的可靠性。FEE配合PSD样机还分别于2014年和2015年在欧洲核子中心（CERN）的PS和SPS终端成功完成了2次束流试验，验证了PSD的探测能力完全满足任务书中提出的功能和指标要求，能很好实现实际科学任务需求。     

双面硅条探测器读出系统设计

双面硅条探测器(DSSD)用于实现中国电磁监测试验卫星高能粒子探测器载荷的望远镜系统。为了实现DSSD读出电子学低功耗、高集成度的要求,设计了一种基于ASIC VA64TA2的电子学读出系统,使用²⁴¹Am 5.486 MeV α源对DSSD读出系统进行了测试。DSSD探测器结面分辨率为1%~2%,欧姆面分辨率为3%~4%,达到了探测器额定性能。     

多阳极光电倍增管前端四通道放大读出芯片设计

多阳极光电倍增管目前应用广泛,其后续的常规PCB放大电路显示出体积大、功耗大、噪声高等缺点,制作专用集成电路ASIC可以解决这些问题。基于此类光电倍增管特性,在0.35μm CMOS工艺上,研制了4通道集成放大成形读出电路,包含前放、增益调整、滤波成形等模块。经过测试,功耗为66 mW;增益为62.2 mV/pC,输入动态范围13 pC,线性度1.5%,信噪比9,指标达到设计要求。     

Cylindrical Dritt Chambers with Two Dimsional Readout

We have built and used a set of three cylindrical drift chambers with delay line readout. The azimuthal coordinate is obtained in the conventional way; the resolution obtained is about 300 microns. The axial coordinate is obtained fran signals induced on printed circuit delay lines with a resolution of ±5 mn FWHM. The chambers are 120 cm long and have diamters of 29.3 cm, 70.1 cm and 118.5.     

Readout responses of inclined strips in position-sensitivedetectors

Readout responses for the inclined strips in position-sensitive detectors have been studied using theoretical predictions and experimental results. Inclined strips are almost along the displacement direction of incident particles. Rotating conventional strips to near horizontal strips decreases the number of strips by a tangential factor for long-length position sensing. In addition to the channel reduction, the inclined strips modify about 10% in the readout linearity compared to the long-length zigzag patterns. There is resolution degradation because of the inherent high sensitivity of these strips to the avalanche size (about 8% of the detector full length). Double peak responses were observed for sensing the positions of the incident particles. Our theoretical predictions and experimental results are discussed in this paper     

GRM复合晶体探测器读出系统设计

针对SVOM卫星中的γ暴监视仪的叠成闪烁体探测器,设计了一套混合信号读出系统,用于获取GRM复合晶体探测器输出电压脉冲幅度与信号宽度,并根据脉冲的宽度对信号进行甄别分类。在系统设计中采用FPGA对系统进行时序控制,使用高速峰值保持电路对复合晶体输出信号进行峰值保持,利用RS232数据接口完成测试系统与PC机的数据交换。测试结果表明,本工作所设计的系统可稳定可靠地实现对复合晶体输出信号的获取与甄别分类。     

基于ASIC的Si-PIN探测器读出系统

为了实现大面积多通道Si-Pin探测器前端电子学的高度集成,设计了一种基于ASIC技术的电子学读出系统.文章主要介绍了该ASIC芯片的特点以及读出电子学的系统结构和工作原理.我们对电子学系统进行了一些测试,给出了连接Si-Pin探测器得到的Am-241源的能谱图.