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。     

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。     

像素探测器高带宽数据获取系统设计

为适应硅像素探测器研制的需求,设计了硅像素探测器高带宽数据获取系统。该系统针对硅像素探测器高数据的特点进行了设计与优化,实现了单机高速稳定读出的数据获取目标,最高读出带宽可达到686MB/s,同时提供了控制、监测以及实验图像的实时抽样显示等功能。     

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。     

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。     

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。     

光纤转USB3.0高速数据转换模块设计

介绍了北京谱仪Ⅲ内室读出电子学系统中的光纤转USB3.0高速数据转换模块,包括FPGA固件、USB接口芯片固件以及上位机程序的设计。实验结果测试表明:数据转换板解决了计算机接收光纤数据问题,可实现300 MB/s的稳定数据传输与波形显示,提高了数据采集测试系统的数据传输能力及兼容性。     

LHAASO-WFCTA多通道数据高速传输方案设计

为解决广角大气荧光/切伦科夫光探测器阵列电子学读出系统板间多通道数据传输问题,设计了一种基于低压差分信号接口的同步串行传输方案,给出了误码率及稳定性测试。测试结果表明,在125MHz时钟频率下,传输误码率小于10~(-12),且具有较高的稳定性,能够较好的满足系统数据传输需求。     

BELLEII实验高速数据接收板的设计

在高能物理实验中,随着加速器和探测器性能的提高,数据获取系统正面临着越来越大的海量数据实时可靠传输的挑战。BELLEII探测器是运行在SuperKEKB高亮度加速器上的新型探测器,其数据获取系统也面临这一难题。基于FPGA的高速数据接收模块(HSLB)作为数据获取系统的数据传输核心,采用RocketIO技术实现高速串行数据传输,满足速率3.125 Gbps的设计要求;与专用接口连接的CPLD作为控制芯片在线配置FPGA固件,提供快速硬件程序加载,高速链路共享,高速数据传输和慢控制命令传输的功能。论文详细描述了高速数据传输模块的硬件设计、在线配置FPGA的实现方案。经过测试,该模块成功实现设计目标,并已经按工程进度进行了小批量生产。     

荷电粒子屏蔽探测器系统设计

介绍空间硬X射线调制望远镜的探测器系统设计。该探测器系统由6个60°扇型顶板和6个60°圆滑弧型侧壁单体探测器构成,每个单体采用塑料闪烁板镶嵌波长转移光纤构成,并通过小型低噪声光电倍增管连接到前置放大器。顶板探测器既要屏蔽荷电粒子,又要使X射线穿过效率高,因此闪烁板很薄。采取合理的镶嵌波长转移光纤的办法较好的解决了这个问题。测试结果表明荷电粒子屏蔽探测器系统满足总体设计要求。     

基于LoRa的γ辐射监测系统设计及应用

核能科学与技术和人们的生活联系紧密,但同时核辐射也可能危害人们的身体健康,因此需要加强对核辐射的监测。有线核辐射监测系统布线复杂、施工周期长、成本较高,且移动性差、故障排查较为困难。为了满足便捷测量γ辐射环境的需求,基于LoRa无线通信技术,设计了γ辐射监测系统。该系统的主要功能包括数据采集、数据处理及数据传输,采用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）闪烁体探测器进行数据采集,STM32单片机作为核心处理器对采集的数据进行处理、打包,由LoRa无线通信模块进行数据传输。针对可能存在的因复杂电磁环境、传输距离等因素导致监测系统断线及数据传输频繁时造成的区域内信道拥堵问题,设计了动态最优路径通讯算法,通过筛选中继节点,寻找最优重连路径以及实现数据发送的优先级分配。实际测试结果表明：闪烁体探测器测试辐射数据结果可靠,且基于LoRa的γ辐射监测系统数据传输稳定性达到99.57%以上。该系统具有组网灵活、传输距离远、成本低、拓展性强等优点,具有广泛的应用前景。     

CBM-TOF超级模块高密度数据前端读出设计

为满足超级模块探测器质量评估的数据读出需求,设计了一种基于"三明治"结构的前端高密度数据读出方法。利用FPGA技术实现320通道时间数字化数据读出和自定义协议处理,并通过片内高速串行收发器与光纤进行长距离数据传输。在外部回环模式下的测试结果表明,6 Gb/s高速链路误码率小于10-13的置信度超过95%,接收TDC数据和自定义协议处理功能正常,系统连续稳定运行超过48 h,可满足探测器评估需求。     

TGC放大器成形甄别器及测试系统

本文分析了ASD板在ATLAS探测器最外层的μ子探测器中的工作环境以及作用,并按照其对ASD板质量的要求设计了一套对ASD板质量的专用批量测试系统.本文详细叙述了测试系统的构成、测试原理以及对ASD板的测试结果.     

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。     

大亚湾RPC电子学系统USB光纤传输测试板设计

主要介绍了应用于大亚湾反应堆中微子振荡实验RPC电子学系统中的USB光纤传输测试板,它主要用于测试光纤传输性能以及模拟、VME插件功能,以便在工程中期可以对其他部分进行测试.文章内容包括板子的硬件设计,FPGA的主要逻辑设计,光纤部分的测试以及工程测试小系统的建立.目前该USB光纤传输测试板已经用于RPC电子学系统研制的测试检验.     

HIRFL-CSR外靶实验读出电子学预研系统

本文介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验读出电子学预研系统的设计。该系统可实现TOF墙探测器、中子墙探测器、多丝漂移室(MWDC)等的读出。基于前沿定时及使用TOT技术分别进行时间和电荷测量,从而对前沿定时带来的时间-幅度游走效应进行修正。该系统基于工业智能仪器总线PXI进行设计,提高了数据传输带宽,并保证了系统的可扩展性。目前已完成基本单元模块的实验室电子学测试,以及与探测器的初步联合测试,验证了各项功能指标。     

硅条探测器前端ASIC芯片测试系统电路设计

介绍一种前端读出专用集成电路(ASIC,Application-Specific Integrated Circuit)芯片性能测试系统的电路设计与实现.该ASIC芯片可用于构成硅微条探测器、硅条、Si(Li)和CsI探测器的前端读出电子学系统.本文详细描述了测试系统的构成,主要电路设计,系统应用以及部分测试结果,并简要介绍了被测ASIC芯片的电路结构.     

一种前端ASIC芯片测试系统的设计与实现

介绍了一种专用集成电路芯片性能测试系统的设计与实现,该芯片适用于构建硅探测器前端读出电子学.描述了测试系统主要硬件电路设计,基于CPLD的快读出控制时序发生模块的实现,利用并口线来模拟I2C总线的方法,系统的调试和主要性能的分析.     

BESIII硅像素探测器寻迹方法的初步研究

随着BESIII漂移室运行时间的增加,其老化问题日趋严重,各种升级替换方案也在研究过程中。论文对替换方案之一的硅像素探测器(SPT)的基本结构、探测原理和初步模拟工作进行了介绍。阐述了硅像素探测器的径迹重建算法的原理、算法的设计和开发。最后使用不同动量的单粒子径迹模拟事例对算法进行调试,并对匹配效率、重建性能和探测器物质量对算法的影响进行了检验和分析。     

微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于⁶LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。