粒子探测器读出电路设计

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xy_lfr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微结构气体探测器因为具有良好的时间和空间分辨率、高抗辐照能力、高增益和可以制作成大面积探测器等优点,近年来得到快速地发展,也因此在高能物理实验、核医学成像、安全监测、以及空间天文等领域得到广泛研究和应用。而相比于气体探测器的快速发展,相应的读出电路系统研究则相对滞后,因此设计适用于气体探测器的读出电路系统变的十分重要。为了检测出探测器中的未知粒子种类及能量等物理特性,需要对粒子在探测器的飞行轨迹进行重构。因此,需要获知粒子在探测器中的能量信息E和飞行时间信息T。而本文设计的读出电路系统正是为了检测未知粒子所具有的能量信息以及其经过探测器时的飞行时间信息。通过对大量文献的阅读,理解了读出电路系统探测未知粒子能量信息E及时间信息T的工作原理,在此基础上,借鉴国内外的研究成果,设计出本文的读出电路系统。粒子读出电路系统主要包括了前置放大器、电压比较器、振荡器、模拟-数字转换器(ADC)、逻辑控制电路以及多个移位计数式寄存器。其中,前置放大器采用MOS管开关放电的反馈电容积分电路,积分电容上的电荷在放电前需要保持一段时间,以便ADC进行采样;比较器采用具有内部正反馈的开环比较器电路结构;振荡器采用基于反相器的环形振荡器结构,电路简单,只需占用较小的芯片面积,可以在每一个像素内集成。飞行时间T采用时间-数字转换器(TDC)进行测量,而粒子能量E则通过10-bit逐次逼近式(SAR)ADC进行测量。整个读出系统是由4×4像素阵列组成,将探测的未知粒子信息二进制化后经移位寄存器移位输出。相比于国外的读出电路系统,本项目将用于测量粒子飞行时间T的TDC精度提高到了1ns(国外时间精度大于1.5ns);相比国内的读出系统,本项目实现了在芯片内部进行数字化后,再对数据进行输出。本文设计的粒子探测器读出电路系统采用TSMC 180nm CMOS工艺,设计出的芯片面积为1110μm×1325μm。经后仿真验证,芯片工作在电源电压1.8V,用来测量粒子飞行时间的TDC精度为1ns,测量的未知粒子能量的动态范围为1fC~150fC。测量的飞行时间范围约40μs。
其他文献
科尔沁蒙古是蒙古族的重要组成部分。科尔沁蒙古人在几个世纪的农耕生活中创造了独具特色的科尔沁蒙古族农耕文化。科尔沁蒙古族农耕文化的形成有着深刻的社会历史原因。科尔
病毒性心肌炎(Viral Myocarditis, VMC)是以病毒感染引起心肌细胞的变性坏死和间质炎性细胞浸润及纤维渗出为主要病理变化的一种疾病。西医学对其病因及发病机制尚未完全明了
<正>膜下滴灌作为一种精准节水灌溉技术,在新疆阿克苏植棉区已得到广泛应用。棉花膜下滴灌技术要求在棉花播种前灌播前水,即上年秋冬季冬灌以抑盐压碱;翌年春季,冬灌量不足或
溪黄草是近年来新开发的常用中药,具清热利湿、凉血散瘀等功效,主治急性肝炎、急性胆囊炎、痢疾、肠炎,跌打瘀肿等病症,对肝癌亦疗效较好。《中药大辞典》(1977年版)拟定其来
目的:探讨静脉应用冻干重组人脑利钠肽(rhB NP)对急性前壁心肌梗死患者直接经皮冠状动脉介入治疗(PCI)术后局部心肌形变能力的影响。方法:入选2013-06至2013-12收入我院住院患者35
工业物联网概念自出现以来发展迅速,但受基础技术限制,也暴露了大量问题。进入新世纪后,尤其是近十年,科技的迅速发展尤其是5G标准的提出推动了工业物联网不断进步,同时也为
国有企业金融不良债权自由转让引起了巨大的社会反响,学界对此褒贬不一。有学者认为国有企业金融不良债权转让有助于优化我国的经济结构,为国有商业银行再发展创造条件;又有
<正> 目前培智学校普遍采用以集体教学为主,兼顾个别教学和个别辅导的模式,但仍然无法解决不同智商级别弱智儿童交叉干扰、课堂秩序维护困难、教学效率低下等诸多矛盾。如何
本论文通过进行问卷和访谈的方式,对大学英语课堂小组活动有效性影响因素进行实证研究,旨在让大学英语教师更能深入的理解课堂小组活动并提高其有效性。研究显示教师角色,话
随着通信技术的迅猛发展,中国3G时代的到来,电信市场将面临新一轮的变革,各大电信运营商的全业务发展,必将带来大量的人才的需求。薪酬无疑是吸引、激励、发展与留住人才的最