高能物理的不断发展，推动了粒子物理探测技术的进步。近些年来，新型探测器如密集型半导体阵列探测器、微结构气体探测器等发展迅速，其中以气体电子倍增器GEM(Gas Electron Multiplier)和微网格气体放大器(Micromegas)发展最为迅速，...
详细信息
高能物理的不断发展，推动了粒子物理探测技术的进步。近些年来，新型探测器如密集型半导体阵列探测器、微结构气体探测器等发展迅速，其中以气体电子倍增器GEM(Gas Electron Multiplier)和微网格气体放大器(Micromegas)发展最为迅速，其位置分辨可以到几十微米，信号率达到1MHz以上，对读出电子学的要求与以往相比大为提高。Micromegas探测器因其高的计数率和好的时间分辨率，在高能物理和同步辐射领域应用广泛。\n 北京同步辐射装置(BSRF)的升级工作对探测器的探测效率、空间分辨能力、时间分辨能力和能量分辨能力等性能提出更高的要求。应用在其二维X射线成像设备的中的。Micromegas气体探测器，具有高位置分辨、高计数率等特点，在同步辐射和高能物理实验中具有良好的应用前景。Micromegas的读出方式以二维条读出为例，则需要成千上万的电子学通道。这会给读出带来困难：首先，使得每个通道的信号引出变得十分困难；其次，读出电子学密度的提高，使得通道问串扰成为一个很重要的问题；再次，通道数的增加，必然会导致功耗和成本的急剧增加。传统的分立元件读出方法，已经远远不能满足新型探测器的读出需求，因此急需高密度读出的前端专用集成电路芯片(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)来进一步提高系统的集成度。同时同步辐射实验的高位置分辨要求和高计数率环境对ASIC芯片的精度和速度提出了挑战。\n 论文首先介绍了同步辐射背景以及同步辐射应用对探测器和读出电子学的需求，接着介绍了同步辐射中应用的Micromegas探测器的特性及其读出方式，根据Micromgas的输出信号特点，参考传统核电子学的电路结构，确定了用于Micromegas探测器的条读出型芯片的最终结构和初步设计指标。论文实现了一种包含两级电荷灵敏放大结构以及大的动态范围的Micromegas读出芯片MMCSA，论文中给出了芯片关键模块的设计过程、仿真结果和版图实现，以及测试结果，仿真和测试结果都显示芯片的噪声、计数率、动态范围等关键指标达到了设计要求。\n 论文还提出了应用于探测器的其他前放读出方式，线性放电型电荷灵敏前放以及电压放大型前放，并且完成了芯片的设计、仿真工作。对探测器前端其他读出方式的芯片进行了初步的探索和尝试。
暂无评论