【摘 要】
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随着粒子探测技术不断进步,新型粒子探测器不断涌现,所需的电子学系统的通道数迅速增加。传统电子学在集成度、功耗等方面已经不能满足要求,专用集成电路(ASIC)被引入到高能物理
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随着粒子探测技术不断进步,新型粒子探测器不断涌现,所需的电子学系统的通道数迅速增加。传统电子学在集成度、功耗等方面已经不能满足要求,专用集成电路(ASIC)被引入到高能物理领域。 通用粉末衍射谱仪是中国散裂中子源(CSNS)项目首批建设的三台中子谱仪之一。该探测器采用闪烁体加多阳极光电倍增管(MAPMT)的结构来实现对入射粒子的鉴别,具有很高的位置分辨率和众多读出电子学通道。设计并开发通用粉末衍射谱仪的读出ASIC非常有意义。根据探测器原理,设计基于ASIC的信号甄别及数字化读出方案,要求能够实现中子信号的鉴别。 根据中子和γ信号的波形形状和幅度等特征,首先设计出第一版芯片MAPMTROC。该芯片集成了32通道的模拟电路,单通道内设计有前置放大器、积分成形电路、高速比较器等模块。对各个电路细致研究和设计,经过仿真验证,最后完成版图设计。经过MPW流片和封装,芯片样片分别在电子学实验室和探测器实验室进行了测试。测试结果表明芯片能够实现甄别,基本达到预期目标。 对第一版芯片的各个模块都进行修改和优化,设计出第二版芯片MPR2。该芯片包含64通道的模拟电路和数字电路。模拟单通道内设计有电流灵敏型前置放大器、RC积分和CR-RC成形电路、高速比较器等模块。同样地对各模块进行细致研究、设计,和对样片测试。测试结果表明芯片具有低功耗3.2mW/Ch、高计数率500kHz/Ch、最小可分别时间间隔160ns等特点,能够实现中子鉴别,满足设计指标。针对MPR2芯片设计了数据采集系统,数据采集系统方案通过测试得到验证,能够给出中子事例的位置信息和时间信息。 综上所述,针对通用粉末衍射谱仪设计的读出ASIC芯片MPR2满足设计指标,初步可以应用在实际工程装置中。
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