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。     

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.     

用于空间天文的硅微条探测器原型样机研制

γ射线的天文观测是目前天文观测的前沿课题,通过观测高能γ射线的能谱和空间分布,可以研究宇宙中暗物质的分布及其物理特性。在众多γ射线探测器中,硅微条探测器具有很高的位置分辨率和能量分辨率,并且可以拼接组成大探测面,非常适合探测粒子的径迹和能量。为了解决硅微条探测器的关键技术,包括探测器微组装、前端读出电子学、数据采集电路,实验室自主研制了探测器样机并进行一系列测试。该样机的384个通道在0～180f C的输入动态范围内具有很好的线性(积分非线性小于5%),同时具有很低的噪声(等效输入噪声电荷小于0.16 fC)。样机的宇宙线能谱曲线可以清晰分辨出最小电离粒子的峰位约2.8 fC,并且可以用朗道卷积高斯函数精确拟合。     

基于球谱仪的中子剂量率仪设计

研制了一套基于球谱仪的中子剂量率仪。采用单个慢化球及位置灵敏计数器的探测结构,通过单次测量即可计算出中子剂量等信息。在基于电荷分配法的读出电路中,通过对电荷灵敏放大器及滤波成型电路的参数进行优化,使探测器系统的平均位置分辨达到6 mm。利用硬件寻峰等数字信号处理技术,使数据获取系统的最高计数率达到200 k·s-1,满足剂量率仪实时性的要求。     

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。     

多阳极光电倍增管前端四通道放大读出芯片设计

多阳极光电倍增管目前应用广泛,其后续的常规PCB放大电路显示出体积大、功耗大、噪声高等缺点,制作专用集成电路ASIC可以解决这些问题。基于此类光电倍增管特性,在0.35μm CMOS工艺上,研制了4通道集成放大成形读出电路,包含前放、增益调整、滤波成形等模块。经过测试,功耗为66 mW;增益为62.2 mV/pC,输入动态范围13 pC,线性度1.5%,信噪比9,指标达到设计要求。     

用于个人剂量测量的硅探测器信号处理电路的设计

介绍了一种用于个人γ剂量测量的微型硅探测器的信号处理电路的设计,讨论了PCB(印制电路板)设计中应注意的问题。该信号处理电路主要包括前置放大电路、滤波成形电路和极-零相消电路,前置放大电路采用了电荷灵敏前置放大器,滤波成形电路采用了CR-RC滤波成形网络。设计的信号处理电路PCB面积仅有10 cm2,对于0.662 Me V的γ射线,信号处理电路的输出信号的信噪比达到了50:1,输出脉冲幅度达到了1.5 V左右,输出信号之后没有明显的下冲现象,其性能可以满足用于个人剂量测量的要求。     

BESIII晶体量能器累积剂量检测系统电子学设计

为了在线测量北京谱仪BESIII中的量能器所受到的辐射累积剂量,设计了BESIII量能器累积剂量检测系统.讨论了几种RADFET受照电路的优缺点,介绍了RADFET读出电路,并详细叙述了系统电子学的设计及其性能.     

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。     

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。     

Characteristics of 16-Channel ASIC Preamplifier Board for Microstrip Gas Chamber and Animal PET

A 16-channel ASIC preamplifier board has been designed for microstrip gas chamber (MSGC) and animal position emission tomography (PET) detectors. The highly integrated ASIC chips can be used for individual readouts from a large number of channels to improve the spatial resolution and counting rate. The preamplifier board was tested to have a low optimum equivalent noise charge (ENC) of ~ 1400 e^? FWHM at a shaping time of 0.1 μs. The output voltage to input charge gain is 0.96 V/pC, and the nonlinearity is ~ 2:0% over a range of ?500 fC to 1000 fC in input charge. The rise time (10%–90%) with no input capacitor is about 54 ns. The power consumption of this preamplifier board is ~ 100 mW. The preamplifier board has been used to read out a 3 × 3 cm MSGC plate and an optimum FWHM energy resolution of 19.1% (5.9 keV peak of Fe-55) was obtained.     

STCF RICH原型探测器的测试电子学系统构建与联调测试

环形成像切伦科夫（RICH）探测器作为超级陶粲装置（STCF）带电强子(π/K/p)鉴别的技术选项之一，采用厚型气体电子倍增器+微网格气体（THGEM+Micromegas）混合探测器结构以实现对切伦科夫光的探测。针对RICH原型探测器的信号读出，构建了一套1 024通道测试电子学系统，并与探测器进行了联合测试。该测试电子学系统使用高密接插件与RICH原型探测器进行连接，探测器输出信号通过测试电子学系统上的AGET和ADC芯片进行放大、成形和波形数字化，输出的数据经FPGA处理后通过千兆以太网传输至后端PC并进行数据分析。测试结果表明，在120 fC输入动态范围下，系统的等效噪声电荷（ENC）小于0.3 fC，且具有良好的输入-输出线性。该系统成功应用于RICH原型探测器切伦科夫成像束流实验中，并取得了良好的切伦科夫光成像结果。     

CsI(Tl)闪烁探测器读出电路设计

介绍了配置于新型γ能谱仪的CsI(Tl)闪烁探测器的读出电路设计。输入缓冲级采用折叠嵌位电路,改善了系统频率特性并提高了输入阻抗;放大级采用自举电路,改善了系统动态性能并提高了开环增益;输出级采用电流源负载电路,改善了输出信号的线性度并增强了系统的稳定性。实验表明:读出电路噪声为51.08 f C+1.97 f C/p F,时间漂移为0.112%,探头对137Cs源γ射线的输出信号信噪比可达23:1,能量分辨率可达4.98%。     

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。     

A comparative study of gamma radiation effects on ultra-low input bias current linear circuits under biased conditions

Ultra-low input bias current linear circuits are used in several applications requiring them to work under varying conditions of temperature, humidity, radiation etc. which influence their performance. This paper presents a first time study of gamma radiation effects on ultra low input bias current linear circuits under biased conditions for small signal dc applications. Under biased conditions, radiation-induced photo currents play a significant role. A noncatastrophic radiation leakage environment has been considered. The linear circuits selected are of different makes and have different input stages, such as those based on JFET and MOS structures. Variations of dc characteristic parameters, such as input offset voltage and input bias current have been studied. Extensive experimental results are presented, including the effects of annealing, on critical parameters. It is seen that these devices behave differently on exposure to gamma radiation, depending on the structure of their input stage. The MOSFET-based stages show a greater change in input offset voltage, whereas FET-based input stages exhibit a greater change in input bias currents. Chopper stabilised linear circuits exhibit lesser deviation in their offset voltages and bias currents due to an inherent chopping action at their input stage that automatically compensates for any variations in these parameters.     

基于X射线探测技术的电路设计

主要研究的是基于X射线探测技术的电路.设计电路中包括了输入级、线性放大电路、脉冲幅度分析电路等.同时也研究了高压电源,高压电源为探测器提供高电压,对X射线能级探测有很大的作用.     

模拟电路的单粒子瞬时效应

综合介绍一种新的单粒子作用现象.模拟电路在单个重离子撞击下,在输出端产生瞬时信号,这种瞬时扰动可能影响到连接模拟电路输出端的电路,例如运算放大器的输出可能连接到数字计数器的输入端,由重离子引起放大器足够大的瞬时输出脉冲可能增加计数器的计数.另外,这种输出端的瞬时电压信号可能改变其它电路的状态.     

Radiation-Tolerant 50MHz Bulk CMOS VLSI Circuits Utilizing Radiation-Hard Structure Nmos Transistors

A radiation-tolerant, high-speed, bulk CMOS VLSI circuit design, utilizing a new NMOS structure, has been investigated, based on ?-ray irradiation experimental results for 2?m shift registers. By utilizing 60-bit clocked gate and transfer gate static shift register circuits, the usefulness of radiation-hard NMOS structure and circuit design parameter optimization has been confirmed experimentally, showing 50 MHz operation CMOS circuits at 5 V supply voltage after 1 × 105 rads (Si) irradiation. The limitations of dynamic circuits in radiation-tolerant circuit designs have also been shown, using 120-bit dynamic shift register circuits. Based on the above results, radiation-tolerant, high-performance, bulk CMOS VLSI circuit designs are discussed.     

大动态范围多通道电荷测量系统的研制

基于新型探测系统的特点,利用挪威IDEAS公司的电荷测量芯片Viking Chip构建一个大动态范围(0-13pC)、多通道(每个模块32通道以上)、高精度(所有通道的噪声均方差在1.2-1.4fC)的电荷测量系统,最大可测信号和噪声的比值达104。