双输出SiPM前置放大器设计与分析

作     者：龙源 黄跃峰 侯会良 陈永忠 LONG Yuan;HUANG Yuefeng;HOU Huiliang;CHEN Yongzhong

作者机构：中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《核技术》 (Nuclear Techniques)

年 卷 期：2025年第48卷第1期

页      面：85-91页

核心收录：

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(No.12075308 No.11775290)资助 

主　　题：硅光电倍增器 前置放大器 GAGG(Ce) 闪烁体探测器 噪声 

摘      要：为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数。在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对^(241)Am源进行系统测量。结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σ_(noise)≈448.32μV优于电压反馈放大器的σ_(noise)≈680.96μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求。两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配。受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列。