应用于高时间分辨能力测量的多通道专用集成电路研究.PDFVIP

核电子学实验室 Laboratory of Nuclear Electronics 应用于高时间分辨能力测量的多 通道专用集成电路研究 清华大学工程物理系 核电子学实验室 陈羽,朱雪洲,袁振雄,周新, 邓智,刘以农 中国物理学会高能物理分会第十二届全国粒 子物理学术会议 安徽 合肥 2016年8月24 日 2016/8/24 CONTENTS • 时间分辨能力与读出电子学系统 • 基于电流模式的读出ASIC • CAD-I CAD-II • TIMPIC • EXYT 2016/8/24 清华大学工程物理系 核电子学实验室 2 高时间分辨能力辐射探测系统 • 时间测量在辐射探测系统中扮演重要角色。 核医学成像系统——正电子发射断层成像 （Positron Emission Tomography, PET） 大型物理实验装置——飞行时间探测系统 （Time-of-flight, TOF ） • 高时间分辨能力探测系统对各个环节都有要求 使用高探测效率、高时间分 辨能力的探测器： 探测器  多气隙阻性板室（MRPC） 射线入射  快闪烁体+光电转换器件 模拟前端 时间甄别 2016/8/24 清华大学工程物理系 核电子学实验室 3 探测信号的时间甄别 • 读出电子学对甄别时间抖动的影响： – 给定阈值Ith ，波形过阈时刻Tpick-off 的抖 动（rms ）受波形斜率与噪声影响： 2 2    I det elec    T pick off dI t / dt dI t / dt out   out   – 斜率dIout/dt大 → 高带宽前端电路 – 电子学噪声σelec小→ 低噪声前端电路 相制约 读出电路的功耗和结构设计提出挑战 • 多通道探测器读出电路→ 低功耗、低复杂度的电路结构 • 采用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC ） – 集成度高，面积小 – 功能可拓展性强，降低系统互联设计的难度 可以较为灵活的实现复杂的算法和电路功能 – 功耗相较于分立器件小 17mm 2016/8/24 清华大学工程物理系 核电子学实验室 4 CONTENTS 1、高时间分辨探测系统