CSR外靶实验终端大型探测器读出电子学研制

兰州重离子加速器-冷却储存环外靶实验终端大型探测器中子墙和TOF墙分别共有504个和360个通道用于测量中子和带电粒子的飞行时间,需要高精度时间测量的读出电子学系统。研制的8通道读出电子学模块采用了前沿定时的时间测量方法、基于TOT技术的电荷测量方法和PXI总线平台,电子学测试结果显示时间测量精度好于25ps。     

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.     

基于APV25多通道读出电子学系统设计

介绍了基于APV25芯片的多通道读出电子学系统的设计方法,利用ASIC芯片与可扩展读出系统相结合,实现多通道信号的处理。在该系统中,基于PXI机箱的单个读出板可实现2 048路信号的读出及处理,并具有集成度高、低功耗、可扩展等优点。电子学测试结果表明,本系统电荷输入线性动态范围为0~12 fC,APV25等效输入噪声408 e,可适应大型物理实验微结构气体探测器、硅像素探测器等探测器的读出需求。     

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。     

基于wxWidgets的闪烁晶体阵列探测器数据获取软件设计

介绍了一种用于闪烁晶体阵列探测器读出电子学的数据获取与分析读出软件。软件基于wx Widgets平台开发,采用了模块化设计,上位机通过USB总线与电子学硬件部分通信。软件系统包括命令行接口模块、数据采集模块、参数测量模块、时间和幅度校准模块以及实时显示模块。将软件应用于闪烁晶体阵列探测器系统的调试与测试,结果表明:软件可方便地应用于其它探测器前端电子学的读出系统中,具有广泛的应用前景。     

基于连续晶体PET探测器模块电子学设计

和传统的基于分割晶体PET探测器相比,基于连续晶体的PET探测器具有设计结构简单、能量分辨率高、探测器效率高以及低造价等优点,近年来得到广泛的研究。基于连续晶体PET探测器的最大难点是要用探测器获得闪烁光分布,进而通过作用点定位算法计算γ光子的作用位置。探测器模块电子学需要读出和获取闪烁光的分布,因而电子学变得相对复杂。论文针对自行建立的基于连续LYSO晶体和神经网络定位算法的PET探测器模块的信号读出和数据获取的要求,设计和实现了64通道数据读出和获取电子学系统。该系统采用8片8通道、50 Mbps、串行输出、12 bit ADC对每个通道进行数字化,从海量的核事例中遴选出有效的核事例,在FPGA内实现数据打包、定时符合、基线恢复等功能。经过测试,电路各通道噪声低,增益一致性好。整个电子学系统结构紧凑、性能优良,适合基于连续晶体PET探测器的相关实验研究和应用研究。     

多丝正比室电荷测量电路的研究

简要介绍了一种用于X射线测量的探测器,多丝正比室(MWPC)的电子学读出系统,重点介绍了该电子学系统中电荷测量(MQ)电路的设计。其中包括了MQ电路的结构,以及FPGA逻辑以及算法的实现。MQ电路可以作为一种通用的读出插件应用在其它探测器的配套电子学读出系统中。最后给出了不同工作方式下的测试结果。     

高分辨率X射线探测器读出电子学系统的研制及性能测试

本文针对光锥耦合X射线探测器低噪声的设计要求,研制了一套读出电子学系统,该系统包括模拟驱动电路、前端处理电路及基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理电路。利用X射线成像平台,对研发的探测器进行了性能测试。探测器系统绝对增益为0.168 6DN/e-,线性工作范围为0~154μGy。制冷温度为-20℃时,暗电流噪声为0.037e-/(pixel·s),读出噪声为10.9e-。探测器的本征空间分辨率达16lp/mm。测试结果表明,研制的读出电子学系统能满足高分辨率X射线探测器对低噪声特性的需求。     

CSNS工程GPPD谱仪主探测器读出电子学的研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程通用粉末衍射谱仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)采用闪烁体探测器作为主探测器。为满足谱仪的设计需求,读出电子学系统要求在实现高达数千通道数据读出的同时,完成高精度的中子探测。基于设计目标,以及进一步提高读出系统的集成度和灵活性,读出电子学系统采用了"子板+母板"的架构。前放子板采用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)实现探测器输出信号的放大、成形、甄别等模拟调理;母板固件采用了多级流水线机制的设计方法,在保证数据并行性和可靠性的同时,进一步减小了数据处理的死时间,实现数据的采集打包、缓存等处理,最终数据通过千兆以太网传到后端数据处理系统,便于数据的分析处理。对设计实现的读出电子学系统的评估测试结果表明:最小时间分辨11 ns,单通道计数率200 K?s-1,各项指标均好于设计目标。目前所有读出电子学单元已部署到GPPD工程现场并长期稳定运行,为谱仪顺利开展实验提供了可靠保证。     

基于AGET芯片的MPGD探测器前端电子学设计

本文介绍了一种基于AGET芯片的微结构气体探测器前端电子学系统。该系统采用模块化结构,单个模块具有4片AGET芯片,可同时接收256路探测器信号;通过多个模块并行工作,可处理更大规模的探测器通道。该系统具有多通道、高集成度、低噪声和可扩展等优点,可适应微结构气体探测器等的读出需求。经电子学测试,该系统在不同动态范围,不同达峰时间的积分非线性均小于2%,等效噪声电荷小于1 700 e。     

A digitalizing board for the prototype array of LHAASO WCDA

In this paper,a digitalizing board for readout of PMT signals in the prototype array of WCDA(water Cerenkov detector array)for LHAASO(Large high altitude air shower observatory)is designed.The prototype array is composed of 9 PMTs,including the pulse time and charge measurement from the PMTs,and clock generation and trigger decision.In the digitalizing board,FPGA reconfiguration and data readout via VME bus are implemented.Test results show that the performances meet well with the requirements of readout electronics.It has been installed in Yangbajing and tests with the prototype array and DAQ is ongoing.     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战，如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块（FDM）、数据获取模块（DAQ）和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@ 1 GS/s ADC，具有较高集成度，可实现对探测器信号波形数字化，并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据，实现全数字化的触发算法，并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信，保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计，并对整个电子学系统进行了功能验证，以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性，并能实现更复杂的触发算法，能满足下一代升级的需求。     

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。     

γ-γ符合测量系统的新型前端读出电路研制

研制了一种新型前端读出电路，用于重离子治癌装置中符合测量原型系统的研究和测试。电路主要包括能量链、时间链和数据处理单元。能量链由截止频率7 MHz的抗混叠滤波器和模数转换器(ADC)组成，形成波形采样电路；时间链由高速比较器构成的定时甄别电路和时间数字转换器（TDC）组成；数据处理单元基于现场可编程门阵列(FPGA)设计实现。电路的线性度优于0.8%，噪声小于0.8 mV（RMS）。配合LaBr3单晶体条测试，能量分辨为4.5%（FWHM），在与LYSO晶体阵列配合测试时，位置映射散点图清晰。该前端读出电路性能优于CAMAC系统，具有较好的实际应用前景。     

Development of hybrid photon detectors with integrated siliconpixel readout for the RICH counters of LHCb

We report on the ongoing work towards a hybrid photon detector with integrated silicon pixel readout for the ring imaging Cherenkov detectors of the LHCb experiment at the Large Hadron Collider at CERN. The photon detector is based on a cross-focussed image intensifier tube geometry where the image is demagnified by a factor of 4. The anode consists of a silicon pixel array, bump-bonded to a fast, binary readout chip with matching pixel electronics. The developments and tests of full-scale prototypes with 80% active area are presented. Specific requirements for pixel front-end and readout electronics in LHCb are outlined, and recent results obtained from pixel chips applicable to hybrid photon detector design are summarized     

The data-acquisition system for the CMS tracker beam tests

This paper describes the conception and the development of a real-time data-acquisition system for prototype detectors of the Tracker being designed for the compact muon solenoid (CMS) experiment at the Large Hadron Collider of CERN, European Laboratory for Particle Physics, Geneva, Switzerland. The rationale for the development of a dedicated data-acquisition system was the need to perform two fundamental beam tests (the “Milestone Barrel 1” and “Milestone Forward 1”), with large-scale prototypes of the detectors planned as the baseline design. The number of readout channels, the complexity of the readout electronics, and the stringent requirements of the milestone tests mandated that a thorough understanding of the issues related to the physics of the detectors themselves be coupled with the application of leading-edge electronic and software engineering technologies. The implementation described in this paper is based on a distributed architecture. An event builder CPU handles the two main tasks of synchronizing a variable number of front-end processors and formatting the data in preparation for the transfer to a dedicated high-performance storage system, while the front-end processors handle the hardware and the real-time readout. Additional workstations are used to decouple the actual task of transferring the data files and monitoring the detector performance on-line from the readout farm. The system has been successfully operated during the two aforementioned Milestone tests, allowing the CMS Tracker collaboration to pass them, with the simultaneous readout of up to 40000 detector channels. The results of the two Milestones have led to the compilation of the “Tracker Technical Design Report”. Subsequently, the same readout system has been used for a number of other beam tests, and it has formed the basis for the development of further, more advanced data-acquisition systems for the new readout electronic of the CMS Tracker     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点，在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题，给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战，已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点，可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成，可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测，验证了该系统的通用性和兼容性，为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

A 16-Channel high-resolution time and charge measurement module for the external target experiment in the CSR of HIRFL

High precision time measurement is required in the readout of the neutron wall and TOF walls in the ex- ternal target experiment of the Cooling Storage Ring （CSR） project in the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou （HIRFL）. Considering the time walk correction, both time and charge are measured in the readout electronics. In this 16-channel measurement module, time and charge information are digitized by TDCs at the same time based on the Time-Over-Threshold （TOT） method; meanwhile, by employing high-density ASIC chips, the electronics complexity is effectively reduced. Test results indicate that this module achieves a time resolution better than 25 ps and a charge resolution better than 5% over the input amplitude range from 50 mV to 3V.     

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。     

基于APD阵列的PET探测器模块电子学

APD阵列γ光子探测器的诸多优点使多特别适用于PET成像技术，根据APD器件本身的特点以及PET系统对探测器模块信号读出的要求，在介绍APD实验模块前端电路的设计和性能测试以后，详细讨论了APD模块电子学的整体设计。