半导体阵列微剂量探测器前端读出电路设计

根据三维Si SOI PIN像素微剂量探测器特性参数,设计了一种基于GF chrt018IC CMOS工艺的前端读出电路。该读出电路主要包括PMOS输入的电荷灵敏前前置放大器,有源整形滤波电路,电压比较器及基准电流源等,可实现对微剂量信号的放大、滤波降噪、甄别输出等功能。仿真测试表明:能量探测范围为5~500 fC,单通道功耗约为2 mW,总噪声性能为0.05 f C+1.6×10~(-3)fC/pF。     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998;前置放大电路输出噪声为5 mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。     

瞬态微弱信号输出稳定性分析

本文分析了在辐射探测瞬态微弱信号获取中,系统输出不稳定的原因,并通过改变放大电路中的反馈网络结构,利用频域特性,采用最佳相位补偿的方法实现微弱信号稳定放大输出。最后利用CZT探测器在低能γ射线的辐射探测系统中验证测试,实验表明,辐射脉冲信号调理系统通过增加稳定性措施后,可有效提高CZT探测器对~(241)Am源的能量分辨率。     

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 。     

一种新型的具有稀疏化功能的半导体辐射探测器读出电路

提出了一种适用于半导体辐射探测器的全集成CMOS读出电路,该电路结合自触发方式,采用新型的稀疏化方法.当一个通道占用公共输出级时,其它通道的触发信号被延迟后再读出,从而减小了时间死区,降低误码率.除了这种稀疏化读出模式,电路还允许顺序读出,只要有一个通道触发,就依次读出所有通道的模拟电压和数字地址.该读出电路包括电荷灵敏放大器、脉冲成形器、峰值保持电路和数字控制部分,基于0.5μm DPTM CMOS工艺设计.一个四通道的试验芯片已交付加工.后仿真结果表明,正向工作时,该电路增益为79.3mV/fC,功耗为每通道4mW,线性度为99.92%.理论分析计算得出16通道,每通道粒子速率100k/s条件下,本文提出的稀疏化读出方法误码率约为2.5%,比常用的扫描方式降低了37%左右.     

新型电荷灵敏前置放大器研制

基于Multisim软件仿真,研制了一种新型电荷灵敏前置放大器,其输入缓冲器采用JFET构成的共源共栅电路,放大级电路采用集成运算放大器。经测试,信号上升时间为85ns;当RC成形时间为10μs时,零电容噪声为970e,噪声斜率为7.40 e/p F,对~(137)Cs源γ射线测量信噪比为32:1。     

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。     

多路谱仪放大器输出信号的读出与数据采集

简要介绍一个针对多路谱仪放大器的读出与数据采集方法与系统.该系统基于16通道门积分/选通输出电路和通用PⅪ-AQ卡构建.利用Lab Windows/CⅥ平台构建虚拟仪器,灵活地将计算机、硬件、软件结合起来,设计了一个读出与数据采集系统.在该系统中,一个ADC通道可以面对16个谱仪放大器的输出,有效地提高了系统的集成度,降低了数据采集系统的成本.该设计为利用通用型谱仪放大器构建数百参数的信号读出与数据采集系统提供了一种新的方法.通过实验验证,证明该系统具有智能化、可靠性高、实时性强、成本低等优点.     

CSNS多丝正比室读出电子学

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)中的多功能反射谱仪采用二维多丝正比室探测器(Multi-Wire Proportional Chamber,MWPC)来获取入射中子的位置信息。本文介绍了一种结构简单的MWPC位置读出方法。该方法采用挪威IDEAS公司的64通道电荷灵敏专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)VA64tap2.1,克服了传统方法硬件复杂、功耗大、成本高的缺点。另外,系统可通过测量阳极电荷量区分中子和γ射线,提高测量精度。在现有条件下对读出系统进行测试,测试结果表明:系统能完成读出任务,且所选ASIC芯片功耗低(每通道0.3 m W)、噪声小(0.35 f C)、动态范围大(-200–+160 f C)、集成度高(单片64通道),可用于MWPC探测器的位置读出。     

SiPM核辐射探测器电路设计

本文研究基于硅光电倍增管(SiPM)和塑料闪烁体的核辐射探测器电路,设计了适用于SiPM电压偏置电路和信号放大电路,并测试了电路的相关参数:电压偏置电路噪声在5m V以下,放大电路输出信号幅度可达伏级,带宽约为80MHz,最大信噪比在50db左右,四路探测器总功率为0.84W,符合项目设计要求。     

Performance of an ASD-8 based wire chamber readout system

For the medium-energy proton polarimeter mounted at the focal-plane of the Big-Bite Spectrometer at Kernfysisch Versneller Instituut Groningen, a new wire-chamber readout has been developed. The charge-sensitive preamplifier is based on the ASD-8 B chip which has an input impedance of 115 Ω. This low impedance and the short integration time of 6 ns at a usable sensitivity of 5 fC allow high readout rates and low gas amplifications. This front-end circuit is mounted on all four multi-wire proportional chambers and on two vertical-drift chambers with 3872 wires in total. Measurements have been made using sources and intermediate energy protons. Special attention was given to determine the time-over-threshold properties of the circuit. The time-over-threshold capabilities of the readout system extend future applications to particle discrimination, or, in connection with other detector types, to energy-resolving readout. The operational performance of the readout system is presented     

Design and test results of a low-noise readout integrated circuit for high-energy particle detectors

A low-noise readout integrated circuit for high-energy particle detector is presented.The noise of charge sensitive amplifier was suppressed by using single-side amplifier and resistors as source degeneration.Continuous-time semi-Gaussian filter is chosen to avoid switch noise.The peaking time of pulse shaper and the gain can be programmed to satisfy multi-application.The readout integrated circuit has been designed and fabricated using a 0.35 μm double-poly triple-metal CMOS technology.Test results show the functions of the readout integrated circuit are correct.The equivalent noise charge with no detector connected is 500–700 e in the typical mode,the gain is tunable within 13–130 mV/fC and the peaking time varies from 0.7 to 1.6 μs,in which the average gain is about 20.5 mV/fC,and the linearity reaches 99.2%.     

微结构气体探测器多通道高速读出系统研制

本文设计并实测了用于多通道微结构气体探测器信号读出的512通道电子学系统。该系统以Spartan-6 FPGA作为控制和数据处理核心,使用4通道ADC芯片对4片APV25芯片的输出信号进行同步模数转换,经千兆以太网发送命令和传输数据,计算机端则以双线程分别接收和发送数据。实测输入电容低于200 pF时,系统噪声低于2000e,有效电荷输入范围为±20 fC,12 fC以下时线性良好。经长时间测试,系统稳定可靠,千兆网数据传输速率可达940 Mb/s。单片APV25工作时,连续触发率可达APV25上限285 kHz,4片时则为134 kHz。在实际应用于GEM探测器α射线成像实验中取得了较好的成像结果。     

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。     

磁质谱仪离子收集器数字化读出系统的研制

研制了一个用于磁质谱仪法拉第筒阵列离子收集器的高精度数字化读出系统,实现对离子束中离子成分的分析与诊断。数字化读出系统由前端处理电路和数据获取模块组成,前端处理电路采用门控积分器将418通道微弱电荷信号转换为电压信号,数据获取模块将电压信号数字化后,通过以太网接口将数据上传到远程上位机。该读出系统实现了电荷范围为0.1~120 pC的数字化读出,非线性误差小于1.95%（全量程）。现场应用测试结果表明,该数字化读出系统完全满足实验需求。该系统还可广泛用于核物理实验和加速器系统中微弱电流或电荷信号的测量。     

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。     

Design and performance of a low-noise, low-power consumption CMOS charge amplifier for capacitive detectors

In this paper, a new design of low noise, low-power consumption charge amplifier is described. Theoretical results show that a total output noise voltage reduction of 0.261 mV has been obtained. This value corresponds to a 46% reduction compared to the noise performance of a conventional charge amplifier. A complete readout system including the proposed charge amplifier has been realized in a 0.8-/spl mu/m semiconductor on insulator (SOI) bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS) process. A measured noise performance of 450 electrons at 0 pF with a slope of 44 electrons/pF for a shaping time of 45 ns, a conversion gain of 20 mV/fC and 1-mW power consumption have been obtained.