加速器的放射性束流線上開展遠離穩(wěn)定線核素的研究工作,特別是研制新型氣體探測器測量高流強的束流徑跡,用于開展高流強束流診斷和新粒子鑒別的研究工作。時間投影室（TPC）是一種廣泛使用的氣體探測器,它具有高精度的三維徑跡探測能力,并能給出粒子的動量以及能損信息,因此近年來在實驗物理領(lǐng)域獲得了廣泛應用�；贕EM（Gas Electron Multiplier,氣體電子倍增器）的GEM-TPC相對于傳統(tǒng)的多絲結(jié)構(gòu),在計數(shù)率、正離子反饋、位置分辨方面具有較強的優(yōu)勢。為了能盡可能大的覆蓋實驗產(chǎn)物的相空間,大面積GEM-TPC探測器成為實驗上的首選,因此對讀出電子學系統(tǒng)提出高速、高集成度、低功耗的要求。更高的要求必然帶來新技術(shù)及新方法上的重大挑戰(zhàn),國際上很多實驗室都開發(fā)了用于探測器讀出的專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit,專用集成電路）芯片,并建立了與之相配的讀出電子學系統(tǒng)。ASIC芯片的利用,極大簡化了前端電子學的設(shè)計,減少了功耗開銷和硬件支出,因此前端讀出ASIC芯片的設(shè)計與研制成為我們亟待解決的關(guān)鍵核心技術(shù)。本論文針對氣體探測器... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

HIRFL的總體布局圖（圖來自[1]）

氣體探測器前端讀出專用集成電路設(shè)計16圖2.7AGET芯片的整體結(jié)構(gòu)（圖來自[25]）Figure2.7ThestructreofAGET（Figurefrom[25]）表格2-1AGET芯片的性能參數(shù)指標值極性雙極性通道數(shù)量64輸入動態(tài)范圍120fC,240fC,1pC,10pC每通道獨立可調(diào)輸出動態(tài)范圍2Vpp差分信號積分非線性<2%能量分辨<850e-(增益120fC,達峰時間200ns,探測器電容<30pF)達峰時間50ns至1μs(16檔)采樣數(shù)量512或2x256單元采樣頻率1MHz至100MHz讀出頻率25MHz測試模式任意64通道之一功耗<10mW/channel@3.3V

氣體探測器前端讀出專用集成電路設(shè)計22SAMPA芯片中集成了模擬前端、ADC、數(shù)字信號處理(DSP)三部分電路，屬于模數(shù)混合芯片。該芯片的整體結(jié)構(gòu)如圖2.14所示：單芯片集成32通道，每通道都包含前放、極零相消、T型低通濾波器電壓偏移電路，10bit20MSps采樣率的逐次逼近形（SAR）ADC。多通道的信號經(jīng)過ADC數(shù)字化后，在DSP中進行數(shù)字濾波壓縮處理。在性能指標上，該芯片可以處理雙極性信號，具有4mV/fC，20mV/fC和30mV/fC三檔增益與160ns，300ns兩檔成形時間。芯片供電電壓為1.25V，低電壓能夠降低功耗，但同時也會限制模擬電路的動態(tài)范圍，數(shù)字噪聲對模擬電路的影響也會更嚴重。圖2.14SAMPA芯片結(jié)構(gòu)圖（圖來自[5]）Figure2.14ThestructureofSAMPA（Figurefrom[5][5]）表格2-3SAMPA芯片參數(shù)列表參數(shù)項取值范圍供電電壓通道數(shù)輸入信號極性達峰時間線性范圍前放增益非線性（CSA+Shaper）ADC有效輸入范圍ADC精度ADC采樣頻率1.25V32正/負160ns/300ns500fC,100fC,67fC4mV/fC,20mV/fC,30mV/fC<1%2Vpp10bit5MSps/10MSps


本文編號：3454023