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。     

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。     

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。     

GD阴极位敏探测器的读出系统

位敏探测器的定位由两部分决定:一是室的结构,一是信号处理系统。为了X射线衍射研究,读出GD阴极位敏探测器的位置信息,我们采用模拟除法器制作读出系统。 从位敏室获取位置信号需要某种转换,一类是从时间信息转换而来,如采用延时线;一类是从脉冲幅度转换而来,如重心法、电荷分割法等。由于GD阴极结构,我们的系统采用电荷分割法。     

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.     

电子能量损失符合谱仪的一维位置灵敏探测器的读出系统

介绍了用于电子能量损失符合谱仪的一维位置灵敏探测器的读出系统。一维位置灵敏探测器可以大大提高谱仪的探测效率。其读出系统包括电荷灵敏前置放大器、主放大器、位置信号采集板和接口电路。使用自己设计的信号源对系统进行了测试,取得了较好结果。     

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。     

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。     

一种适用于脉冲中子探测的RPC探测器研制

研制了一个阻性板内表面含Gd的RPC探测器用于脉冲中子探测研究,并成功测得了D-D脉冲中子发生器产生的中子信号。使用长硼计数管探测器作为参照,用相对效率法测得RPC探测器前、后端慢化体厚度分别为6 cm和4 cm时,对脉冲D-D中子的探测效率最高,约为0.1%。     

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。     

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。     

一种飞行时间法读出电路

本文介绍了北京谱仪飞行时间法电子学中的读出电路部分。它同时测量闪烁探测器的信号到达时间和信号的电荷量,以利用电荷量对时间移动进行离线修正。     

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。     

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。     

LHAASO缪子探测器阵列读出电子学系统研制

本文介绍了LHAASO缪子探测器阵列读出电子学系统的设计,系统采用基于wR同步时钟系统的无触发、前端波形数字化方案。同时给出了西藏羊八井样机阵列的性能测试结果,结果表明缪子探测器电子学系统符合设计指标要求。     

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。     

大亚湾实验RPC探测器信号读出前端板的高精度甄别阈的设计

介绍了大亚湾中微子振荡实验中阻性板探测器RPC(Resistive Plate Chamber)读出电子学前端板FEC(Front-End-Card)上高精度甄别阈电路的设计原理和相关测试。该电路具有高精度、低的甄别阈值设置能力、好的一致性保障等特点。在介绍该电路设计原理的同时,也给出了相应的检测实验和结果。     

用于暗物质间接测量外围反符合探测器的读出研究

在暗物质的间接探测中,需要利用反符合探测器对带电粒子进行定位标记,研究了在截面为1 cm2,长为80 cm的塑料闪烁条中插入直径1 mm的波移剂光纤并用盖革模式雪崩光二极管读出的实验方案。宇宙线测试结果表明此种实验方案具有很高的探测效率,以及较好的读出均匀性。