16通道GEM探测器前端读出ASIC的设计

介绍了用于GEM(Gas Electron Multiplier)探测器读出的ASIC芯片GEMROC(GEM ReadoutChip)的设计.该芯片采用Chartered 0.35μm 2P4M CMOS工艺,单片集成16个读出通道,每个通道包括电荷灵敏前放(CSA)、CR-(RC)2成形电路和驱动电路.增益和成形时...     

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.     

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GEM探测器的数字读出芯片研制

研制了一种适用于高能物理GEM探测器读出系统的数字芯片。芯片采用PAD读出方式,对GEM探测器的输出直接采样,对采样到的信号放大并成形,判断该输入是否超过由外部DAC设定的阈值,给出判断结果,并按照一个串行协议读出。芯片采用0.35μm/3.3 V CMOS工艺设计,后仿真结果显示芯片达到预期研制目标。     

GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计

本文简要介绍了GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计与测试。该系统包括模数变换模块、数据汇总模块和后端数据接收模块三部分。本文详细介绍了模数变换模块硬件电路设计、FPGA逻辑设计、光纤数据传输设计以及ADC采样芯片的测试方法。经过测试,该系统实现了8通道数据实时采集、传输、存储及显示功能。     

四通道低噪声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CEM探测器输出信号特点,设计了电荷灵敏放大器、极零相消电路和准高斯成形电路,并对其噪声指标、成形时间等设计指标等参数进行分析.     

用于GEM探测器的像素型读出ASIC研究设计

介绍了用于GEM探测器像素型读出ASIC芯片方案和设计。方案采用模数混合设计,单通道集成模拟前端电路和模数转换器(ADC),完成信号电荷量测量片内数字化。模拟前端电路将输入信号还原成电流信号,放大后在电容上积分,实现信号电荷至电压的转换。电流信号底宽窄,积分时间窗口小,单通道事例率达1MHz。输入信号电荷量动态范围300fC时,积分非线性小于0.68%。低功耗SAR-ADC,10比特精度,采样率1Msps,功耗220uW。该方案相关芯片已流片和测试,取得较好的初步测试结果。     

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探测器数据采集系统设计

介绍了重心读出GEM位置灵敏气体探测器中,基于USB2.0总线的数据采集电子学设备的设计及实现.采用CYPRESS公司CY7C68013A微通讯控制器、高速ADC芯片和现场可编程芯片组成的电路板,实现了数据的高速采集、高速缓存和高速串行传输.采集速率达到20 MByte/s,满足了探测器对数据采集和传输的要求.     

一种核探测器多通道读出芯片NPRE及其分立模块的研制

近年来,多种先进粒子探测器系统开始使用专用集成电路芯片(ASIC),芯片的性能对探测器整体性能起着重要作用。论文设计了一种多通道核(粒子)探测器读出芯片,每个通道包含前放、成形、峰值保持等完整读出结构,同时也设计了每个模块单独使用的版本。其信号处理流程为低噪声前置放大器对信号先进行积分预处理,然后送入滤波成形电路形成准高斯型脉冲,峰值保持模块探测并保持其峰值供读出。芯片分立模块目前已完成大部分测试,工作正常,六通道完整芯片也准备与实际探测器联调试用。     

基于3D Si PIN阵列热中子探测器的变增益宽动态前端读出电子学设计

基于Si CMOS技术的前端读出ASIC主要是根据3D Si PIN阵列热中子探测器的输出信号特性设计的。所设计的读出ASIC的主要电路模块包括电荷灵敏放大器（CSA）、模拟开关设计、具有三级电荷灵敏自动转换的自动增益控制模块（AGC）、相关双采样（CDS）和基准电流源电路。仿真结果表明,前端电路的输入动态范围为10 fC~80 pC。根据热中子探测器输出信号特性设计的ASIC的3个增益系数分别为19 V/pC、039 V/pC和94 mV/pC。所设计的ASIC的积分非线性小于 1%。单通道静态功耗约为 536 mW。零输入探测器电容时的等效噪声电荷为2416e-。计数率可达1 MHz 。     

用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计

介绍一种用于新型塑料闪烁体阵列探测器系统的前端读出电子学（FEE）的设计与实现,该前端读出电子学主要基于电荷测量专用的集成电路（ASIC）芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）研制,可实现对多路探测器信号的采集、处理、筛选、打包,并通过LVDS差分接口上传到后端的数据获取系统（DAQ）。同时,该电路设有板载线性标定电路,可实现对各通道电子学性能刻度,设有电源电流、关键芯片及电路温度实时监控等电路,使电路具有较完善的功能和较强的自我保护能力。     

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。     

A 64-Channel Wide Dynamic Range Charge Measurement ASIC for Strip and Pixel Ionization Detectors

In this paper we report a 64-channel application specified integrated circuit (ASIC) for the readout of parallel plate strip and pixel ionization detectors. The detectors measure the intensity and the geometrical characteristics of a hadron beam for hadrontherapy cancer treatments. The ASIC is based on a current to frequency converter followed by a counter. It uses a charge balancing integration technique to obtain a dynamic range in excess of$10^5$with a nonlinearity of less than 1%. The ASIC has been designed in a CMOS 0.8$mu m$technology and it has been used for the readout of both strip ionization detectors for beam calibration and pixel detectors for beam monitoring during treatment. A new version of the chip in CMOS 0.35$mu m$technology which allows bipolar input currents has been designed and is currently under test.     

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

Application of CMOS charge-sensitive preamplifier in triple-GEM detector

1 Introduction With novel materials and advanced technique of printed circuit board (PCB) and micro-electronics be- ing used in MPGD, over the past two decades, great progress has been made in MPGD[1], and as a new type of MPGD, the GEM[2] detector was developed during the late 1990s. Standard GEM from CERN is a thin, two-side copper-coated Kapton foil, perforated with a high density of holes etched using a photolitho- graphic process. The diameter of these holes is about 70 μm (ext…     

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。     

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。     

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.