發(fā)布時(shí)間：2021-04-13 02:46

　　微結(jié)構(gòu)氣體探測器因其精度高、面積大等優(yōu)點(diǎn),在粒子物理實(shí)驗(yàn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。微結(jié)構(gòu)氣體探測器的未來應(yīng)用將面臨ASIC種類多、通道數(shù)多、數(shù)據(jù)量大等問題,給讀出電子學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn),已成為微結(jié)構(gòu)氣體探測器進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的瓶頸。FELIX系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)帶寬大、通道數(shù)多等特點(diǎn),可很好解決這一問題�；贔ELIX的電子學(xué)系統(tǒng)由完成探測器信號數(shù)字化的前端電子學(xué)模塊、完成數(shù)據(jù)匯總的GBT模塊、完成數(shù)據(jù)讀出的FELIX系統(tǒng)、完成數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理終端組成,可完成10 240路半數(shù)字通道讀出或4 096路模擬通道讀出。該系統(tǒng)與Micromegas探測器一起實(shí)現(xiàn)宇宙線徑跡探測,驗(yàn)證了該系統(tǒng)的通用性和兼容性,為微結(jié)構(gòu)氣體探測器的應(yīng)用需求提供了一個(gè)通用的解決方案。 

【文章來源】：原子能科學(xué)技術(shù). 2020,54(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

面向MPGD的通用讀出電子學(xué)系統(tǒng)框架

MICROROC(MICRO mesh gaseous structure readout chip)芯片由法國Omega小組于2010年設(shè)計(jì)[11]。每塊MICROROC芯片可完成64路半數(shù)字通道讀出,動(dòng)態(tài)范圍為1～500 fC�；贛ICROROC的前端模塊設(shè)計(jì)如圖2所示[12]。其前端與探測器相連的接口采用80針、50 mil(1 mil=0.025 4 mm)間距的ERNI-154744連接器,以實(shí)現(xiàn)高密度讀出。每個(gè)模塊集成4片MICROROC芯片共256通道用于探測器信號讀出,最大數(shù)據(jù)率為20 Mb/s。其與GBT板之間采用RJ45電傳輸,由3對傳輸速率為160 Mb/s的差分線組成,包括由GBT板傳輸?shù)?路時(shí)鐘、1路數(shù)據(jù),以及發(fā)送到GBT板的1路數(shù)據(jù)。前端模塊主控芯片為Xilinx A7 FPGA,完成整個(gè)模塊的系統(tǒng)控制。噪聲水平是衡量電子學(xué)性能的重要指標(biāo)。本文采用S型曲線測試得到的MICROROC通道噪聲如圖3所示,其中橫坐標(biāo)是噪聲水平,縱坐標(biāo)是落在該噪聲范圍內(nèi)的通道數(shù)。結(jié)果表明,大部分通道噪聲不超過0.2 fC,滿足MPGD讀出需求。

AGET(ASIC for general electronics for time projection chambers,面向時(shí)間投影室的通用ASIC芯片)由法國Scalay實(shí)驗(yàn)室在AFTER芯片的基礎(chǔ)上研制而成[13]。每塊AGET可完成64通道模擬信號采集,每路電子學(xué)通道前端集成了電荷靈敏放大器(CSA)、濾波成形電路、由512個(gè)開關(guān)電容構(gòu)成的環(huán)形存儲(chǔ)陣列以及甄別觸發(fā)電路。圖4為基于AGET的前端模塊設(shè)計(jì)框圖,每個(gè)前端模塊集成4片AGET芯片,可完成256路電子學(xué)通道的讀出[14]。探測器信號經(jīng)AGET芯片完成波形采樣后,由ADC芯片AD9522完成波形數(shù)字化。前端模塊與GBT板之間采用光纖傳輸,鏈路速率為400 Mb/s,其中有效數(shù)據(jù)率為200 Mb/s�；贏GET的前端模塊將光纖鏈路恢復(fù)出的時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘,從而實(shí)現(xiàn)與GBT板時(shí)鐘同步。該模塊主控芯片為Xilinx A7 FPGA。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A novel method of encoded multiplexing readout for micro-pattern gas detectors[J]. 祁賓祥,劉樹彬,薊衡,沈仲弢,馬思源,劉宏邦,黃文謙,安琪.  Chinese Physics C. 2016(05)



本文編號：3134470