百万像素硅像素探测器数据获取系统设计

介绍了百万像素硅像素探测器数据获取系统的设计。该系统根据实验需求,尤其针对硅像素探测器1.92 GB/s高带宽的数据读出指标进行设计,实现了数据高速稳定读出的目标,同时提供运行控制、在线事例组装、无损压缩、数据存储,以及抽样显示图像等功能。文中对系统进行了稳定性以及主要性能测试,测试表明系统长期运行稳定,最高读出带宽可达2.49 GB/s。     

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。     

CMOS硅像素探测器测试系统设计

针对环形正负电子对撞机(CEPC)最内层的顶点探测器而研制的CMOS硅像素探测器已经提交首次流片。为了采集探测器的数据进而研究前端芯片的性能,基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计高速数据传输的测试系统,该系统以PCI Express总线模式进行高速传输数据。对系统性能的测试表明:数据传输速度能达到6Gb/s,传输的数据量和误码率性能均满足CMOS硅像素探测器芯片的测试要求。     

用于同步辐射硅像素探测器的高速数据传输模块研究

文章概述了硅像素探测器特点及其重要性,介绍了测试系统中基于FPGA的光纤转USB3.0高速数据传输板的设计,包括整体结构,各模块具体实现方式以及硬件电路设计和部分软件设计。测试结果表明,该项目设计的数据传输板解决了计算机接收光纤数据问题,实现了2.5 Gbps的稳定传输速度,提高了硅像素探测器数据采集系统的数据传输能力。     

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。     

基于自研ASIC芯片HEPS中硅微条探测器读出电子学原型系统设计与测试

时间分辨X射线粉末衍射技术是探测物质晶体结构及其演变的重要手段。单光子计数型硅微条探测器因其灵敏度高和死时间低,在高能同步辐射光源(HEPS)的X射线粉末衍射实验中发挥着重要作用。研制适用于单光子计数型一维硅微条探测器的专用ASIC读出芯片(SSDROC)及其读出电子学系统,并采用一种新标定方法解决了SSDROC各通道对同一输入输出响应不一致的问题,该方法可显著提高各通道数据一致性并减小衍射实验数据的统计误差。探测器完成各项性能测试,结果表明整体系统线性优秀、能量分辨能力强、噪声低以及计数率高,为将来大覆盖角度一维硅微条探测器系统研制奠定坚实基础。     

硅像素探测器读出芯片的设计

针对应用在高能物理实验的硅像素探测器,设计了一种基于时间过阈技术的像素阵列读出芯片。芯片采用商用的130 nm CMOS工艺进行流片,共有30×10个像素单元,像素单元的面积为50 μm×250 μm。测试结果表明,像素单元电路的等效噪声电荷低于100e^-,积分非线性优于4.2%,基本实现了设计的功能。     

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。     

高密度塑料闪烁体探测器的数据获取系统设计

由中国科学院近代物理研究所承担的塑料闪烁体探测器研究项目,其目标是开展空间粒子探测、重构入射电子轨迹、区分电子和光子、鉴别重离子。为配合该探测器测试工作,设计了一套完备的数据获取电路(DAQ)与上位机软件。DAQ接收4块前端电子学(FEE)板的数据,可完成360路电子学通道的数据读出;接收上位机的控制命令并分发给各FEE;接收探测器的击中信息并产生触发信号;接收FEE的遥测数据并传给上位机。该DAQ与上位机通过USB总线和RS232总线实现实时通信。上位机软件基于LabWindows/CVI软件平台开发,实现对FEE电子学系统的控制、数据读取与保存,以及FEE系统运行状态参数信息的实时显示。该数据获取系统电路结构紧凑、功能完善,上位机软件具有良好的人机交互界面。经现场实际运行,DAQ与上位机软件满足设计要求,目前已成功应用于塑料闪烁体探测器读出电子学测试系统。     

Hybrid direct conversion detectors for digital mammography

Hybrid pixel detector arrays that convert X-rays directly into charge signals are under development at NOVA for application to digital mammography. This technology also has wide application possibilities in other fields of radiology and in industrial imaging for applications in nondestructive evaluation and inspection. These detectors have potentially superior properties compared to either emulsion based film, which has nonlinear response to X-rays, or phosphor-based detectors in which there is an intermediate step of X-ray to light photon conversion. Potential advantages of direct conversion detectors are high quantum efficiencies (QE) of 98% or higher (for 0.3 mm thick CdZnTe detector with 20 keV X-rays), improved contrast, high sensitivity and low intrinsic noise. These factors are expected to contribute to high detective quantum efficiency (DQE). The prototype hybrid pixel detector developed has 50×50 microns pixel size, and is designed to have linear response to X-rays, and can support a dynamic range of 14 bits. Modulation Transfer Function (MTF) is measured on a l-mm silicon detector system where 10% or better modulations are obtained at 10 lp/mm spatial frequency. Preliminary DQE measurements of the same system yields a value of 55% at zero spatial frequency. Here, the authors report data of their first full size prototype readout ASIC chips hybridized with both silicon and CdZnTe detector arrays and present initial MTF and DQE measurement results as well as some test images     

Autonomous monitoring of control hardware to predict off-normal conditions using NIF automatic alignment systems

The National Ignition Facility (NIF) is a high power laser system capable of supporting high-energy-density experimentation as a user facility for the next 30 years. In order to maximize the facility availability, preventive maintenance enhancements are being introduced into the system. An example of such an enhancement is a camera-based health monitoring system, integrated into the automated alignment system, which provides an opportunity to monitor trends in measurements such as average beam intensity, size of the beam, and pixel saturation. The monitoring system will generate alerts based on observed trends in measurements to allow scheduled pro-active maintenance before routine off-normal detection stops system operations requiring unscheduled intervention.     

基于硬件实现的锥束CT图像重建系统的存储机制设计

为了实现三维锥束CT图像重建加速系统的小型化,建立了基于FPGA的三维图像重建系统。并对该系统中所采用的FDK重建算法所需的数据存储量和数据传输量以及由SDRAM、SRAM和FPGA内部缓存组成的存储系统的数据吞吐率进行了研究。首先,根据FDK算法的滤波与反投影两个步骤介绍了三维锥束CT图像重建系统的数据规模。接着,介绍了一种以SDRAM为外部主存,以SRAM为外部缓存和以FPGA内部SRAM资源作为内部高速缓存的存储机制。然后,介绍了该存储机制的实现方法以及测试方法。最后对该三维图像重建系统的数据吞吐能力进行了测试,并将之与FDK算法所需的数据传输量进行了对比分析。试验结果表明:该存储机制的数据连续存取速度为151.9MB/s,数据随机存取速度为100MB/s,基本满足小规模的三维图像重建的数据存储与传输带宽的要求。     

A MCM-D-type module for the ATLAS pixel detector

For the ATLAS experiment at the planned Large Hadron Collider (LHC) at CERN hybrid pixel detectors are being built as innermost layers of the inner tracking detector system. Modules are the basic building blocks of the ATLAS pixel detector. A module consists of a sensor tile with an active area of 16.4 mm×60.4 mm, 16 read out ICs, each serving 24×160 pixel unit cells, a module controller chip, an optical transceiver and the local signal interconnection and power distribution busses. The dies are attached by flip-chip assembly to the sensor diodes and the local busses. In the following a module based on MCM-D technology will be discussed and prototype results will be presented     

Low-Power Amplifier-Discriminators for High Time Resolution Detection

Low-power amplifier-discriminators based on a so-called NINO architecture have been developed with high time resolution for the readout of radiation detectors. Two different circuits were integrated in the NINO13 chip, processed in IBM 130 nm CMOS technology. The LCO version (Low Capacitance and consumption Optimization) was designed for potential use as front-end electronics in the Gigatracker of the NA62 experiment at CERN. It was developed as pixel readout for solid-state pixel detectors to permit minimum ionizing particle detection with less than 180 ps rms resolution per pixel on the output pulse, for power consumption below 300 muW per pixel. The HCO version (High Capacitance Optimization) was designed with 4 mW power consumption per channel to provide timing resolution below 20 ps rms on the output pulse, for charges above 10 fC. Results presented show the potential of the LCO and HCO circuits for the precise timing readout of solid-state detectors, vacuum tubes or gas detectors, for applications in high energy physics, bio-technologies or medical imaging.     

基于AFE0064和FPGA的千兆网X射线图像采集系统

X射线实时检测系统应用于多个行业。针对目前快递物流、输送带、集装箱、乘用车等检测中,对高性能X射线图像采集系统的需求,基于光电二极管阵列(含闪烁体)和高速电流输入模拟前端,采用高速串行ADC、千兆以太网控制器MAC、千兆以太网PHY,结合FPGA主控制器,设计了高速度、高性能、双能量线阵列X射线图像采集系统,像素尺寸为5.0、2.5、1.6、0.8、0.4 mm、50μm,采集速度最高可达6 m/s,经调试后样机可以正常运行,图像清晰,性能稳定,完全满足上述需求。     

PET图像中球形病灶的部分容积效应及其影响因素

依据形成部分容积效应的理论,由计算机模拟球形病灶（直径2～30 mm）位于各种背景（背景与病灶强度之比为0～0.7）中时,PET设备（分辨率3～15 mm）的成像实验。计算模拟图像中病灶的像素最大值、平均值及半高宽,由此探讨球形病灶PET成像的部分容积效应与相关影响因素间的关系,为进一步建立部分容积效应校正方法提供依据。结果表明：对于任一分辨率和背景强度,图像上病灶信号强度的最大值及平均值随病灶直径的增大而呈S形增加;对于任一病灶直径和背景强度,病灶强度的最大值及平均值随分辨率的增大而呈倒S形减小;对于任一病灶直径和分辨率,病灶强度的最大值及平均值随背景强度线性增加,以背景为基点时,高出背景的病灶强度（最大值、平均值）与相应病灶真值之比不随背景强度变化;对任一病灶直径和分辨率,病灶半高宽不随背景强度变化;当病灶直径大于分辨率时,病灶半高宽与其真实直径很接近,但随分辨率变差,其接近程度也变差;当病灶直径小于分辨率时,病灶半高宽基本不再随直径变小而变小,而是基本等于空间分辨率,并保持不变。     

基于Oracle的高光谱数据管理平台设计与应用

高光谱遥感数据具有海量、高维、图谱合一等技术特点,随着数据量的增加,传统的文件管理方式越来越无法满足实际的需要。本文提出了将高光谱遥感数据按像元顺序或者波段顺序分割,按大型对象存储的技术思路,设计了高光谱遥感数据的存储结构,并开发了相应的数据管理平台。实际应用表明,该平台能够较好地完成高光谱数据的存储、管理与查询,取得了理想的应用效果。