针对位置灵敏涂硼稻草管中子探测器的读出电子学设计

涂硼稻草管中子探测器将替代3 He管探测器应用在清华大学微型脉冲强子源(CPHS)小角散射谱仪上。该文设计了针对该新型位置灵敏中子探测器的读出电子学系统,通过分析探测器和前端电路的噪声,得出了位置分辨率的估算方法,并结合根据探测器输出信号特征优化了电路参数。对1.0m长的涂硼稻草管及其读出电子学系统分别进行了电荷注入测试和中子束流测试,位置分辨率的测试结果分别为2.7mm和4.5 mm。实验结果表明:涂硼稻草管及其读出电子学系统的性能可以满足CPHS小角散射谱仪对中子位置测量的需求。     

像素碲锌镉探测器低噪声读出芯片设计与测试

为了解决像素碲锌镉探测器的高密度和低噪声读出问题,设计了一款8通道的低噪声前端读出芯片。每个通道由两级电荷灵敏前放、4阶半Gauss成形电路和输出驱动放大器组成。芯片采用了0.35μm CMOS工艺完成了流片测试,单通道的电荷增益为65～260mV/fC,成形时间调节范围为1～4μs,测得的最好等效噪声电荷为200e。连接碲锌镉探测器后测得241 Am和57 Co全能峰的能量分辨率分别为9.6%和5.9%。初步测试结果表明:芯片的各项功能都正常,噪声的实测结果与仿真结果比较吻合,但探测器的漏电流以及输入端寄生电容使得其电子学噪声显著增加。     

基于场效应管开关阵列的GEM探测器读出方式

为实现探测器信号成像要求,研究一种气体电子倍增膜(gas electron multiplier,GEM)探测器的读出方法。采用印刷电路技术,将读出电极盘与场效应管的分立元件组合构成阵列,通过场效应管开关阵列,读出GEM探测器信号,并实现成像。实测表明:该方法的动态范围(最大信号与噪声高宽的比值)可达7.3×104,积分非线性小于0.324%,灵敏度为2.55 V/nC,可实现30帧/s的实时成像。该方法具有制作工艺简单、参数可调、成本低等优点,为随后采用厚膜技术及薄膜场效应管技术读出GEM探测器提供了重要的设计依据。     

基于场效应管开关阵列的GEM探测器读出方式

为实现探测器信号成像要求,研究一种气体电子倍增膜(gasel ectron multiplier,GEM)探测器的读出方法。采用印刷电路技术,将读出电极盘与场效应管的分立元件组合构成阵列,通过场效应管开关阵列,读出GEM探测器信号,并实现成像。实测表明,该方法的动态范围(最大信号与噪声高宽的比值)可达7.3×104、积分非线性小于0.324%、灵敏度为2.55V/nC、可实现30帧/s的实时成像。该方法具有制作工艺简单、参数可调、成本低等优点,为随后采用厚膜技术及薄膜场效应管技术读出GEM探测器提供了重要的设计依据。     

TPC气体探测器研究

开展时间投影室（TPC）气体探测器的研制工作：1）设计了探测器漂移区场笼结构,通过设计与优化印刷电路板等梯度势电极的精确位置构建,获得了均匀的电场分布;2）探测器雪崩放大区通过构建3层细丝电极实现;3）探讨了多层多根细丝电极的电场分布计算、电极焊接安装工艺、电极细丝张力维持、探测器不同工作状态转换等工艺技术;4）采用DPC电阻阵列法对探测器的信号读出部分进行简化,实现20路×20路接收电极输出简化为4路输出,并进行了位置刻度试验;5）利用研制的探测器开展了宇宙射线入射信号的测量,获得了真实有效的输出波形,测量波形结果与模拟结果基本一致,并取得了电离事件的有效二维位置分布.本工作可为类似TPC探测器的研制及试验提供经验积累和技术借鉴.     

LHAASO-WFCTA读出电子学系统架构设计

广角切伦科夫望远镜阵列（Wide Field of View Cherenkov Telescope Array,WFCTA）是大型高海拔空气簇射观测站（Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO）的主要探测器阵列之一,其物理目标是完成30 TeV到几个EeV的宇宙线能谱测量. 望远镜读出电子学系统包括1 024个通道,需要处理的信号既有脉宽为几十ns的切伦科夫信号,又有脉宽为μs的荧光信号. 本文详细介绍了望远镜读出电子学系统的架构设计,为了减少数据量,设计了在线触发的事例筛选架构：在子模块电子学上先进行第一级硬件触发,再在触发电路上实现事例触发. 同时该电子学系统采用了4点压缩的方式获取波形数据,覆盖波形宽度为2.24 μs. 实验室测试结果表明：读出电子学系统可以正确获取信号波形,电荷测量的动态范围可以覆盖10 P.E.(Photon Electron)到32 143 P.E.,高增益通道和低增益通道的重叠区从857 P.E.到1 714 P.E.,高低增益比值与设计相符,电荷分辨率在10 P.E.时优于20%,在32 000 P.E.时优于5%,相对偏差在10 P.E.时优于5%,在32 000 P.E.时优于2%,该读出电子学系统满足设计要求.     

一种消除位置敏感探测器干扰信号的方法

采用了幅度调制和解调算法来实现位置敏感探测器的信号处理,以消除由于日光和荧光等环境杂散光带来的噪声信号。位置敏感探测器电极输出的电流信号经过幅度调制/解调后,由低通滤波器滤除高频噪声信号,这种方法比采用分析和实验的脉冲幅度调制更有效。同时,方法还可用于在单片位置敏感探测器上进行多光点位置测量的信号处理。     

低噪声X射线探测器读出电路

设计一种32通道X射线探测器读出电路, 将探测到的微弱电信号进行放大并转换成电压信号读出。该电路中每个通道包含一个电荷灵敏放大器、一个相关双采样电路和一个采样保持电路。 为提高成像质量, 对读出电路进行低噪声设计, 其中前级的噪声贡献尤为明显, 因此重点对噪声源进行理论分析并采取相应的降噪措施。仿真得到输出积分噪声为69.7 μV。     

红外探测器与读出电路耦合方法研究

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件，不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列，都需用读出电路来多路传输信号并减少阵列输出信号的数目。该文综述了红外焦平面阵列的发展现状；分析了焦平面输入电路在红外探测器和读出电路之间耦合的重要性；初步探讨了在红外探测器与读出电路之耦合方法；讨论了在器件优化设计中，如何合理选择焦平面输入电路方式。     

BESIII在线单机箱读出系统的实现

在线数据获取系统是北京正负电子对撞机(BEPC)上的大型高能物理探测器BESIII的关键组成部分之一。其中的单机箱读出系统负责探测器输出数据从读出机箱到读出PC的处理和传输。机箱读出系统由PC机、VM E机箱、MVME5100和MVME 2431、控制插件和读出插件组成。该系统实现了以DM A/CBLT方式实时读出数据、对数据进行必要的组装和处理、通过网络将组装好的数据发送给读出PC等功能,并且实现了与运行控制系统的接口。该系统能够稳定运行,主要性能能够满足BES III在线数据获取系统的技术设计要求。     

基于FPGA的LED显示屏控制系统的设计与实现

根据LED显示屏的工作原理,提出了一种基于FPGA的大屏幕LED图文显示屏控制系统设计方案。系统采用移位芯片74HC595构建驱动电路,通过串行方式输出驱动信号,利用FPGA构建核心控制电路,采用Verilog HDL语言编写程序,完成显示汉字数据的读出,按照串行方式产生行、列扫描信号和控制信号,动态扫描并驱动LED显示屏。实验测试结果表明:系统可以实现汉字滚动显示,整个系统外围电路简单,易于扩展。     

四象限红外探测器信号处理系统

实现基于四象限红外探测器的位置检测信号处理系统。从四象限位置探测的原理入手,介绍了探测器信号提取与前级放大电路、同步相干谐波检测电路,以及模数转换、时序控制、数据采集电路。实验结果良好,系统可行。     

一种具有堆积抑制功能的半导体辐射探测器前端ASIC电路

提出了一种用于半导体辐射探测器读出的CMOS前端电路,该ASIC电路包含电荷灵敏放大器、跨导-电容型脉冲成形器、峰值检测/保持电路和甄别器,后两者结合一些逻辑电路实现了抑制脉冲成形器输出波形尾缘堆积的功能。该电路采用0.5μm、双硅三铝CMOS标准工艺设计,其核心模块电荷灵敏放大器和成形器经过了流片测试。仿真和测试结果验证了该电路的功能。     

基于W77E058单片机的红外气体检测系统设计

本文采用高性能Turbo-51系列单片机W77EO58,实现了一种基于单片机的红外气体检测系统,具有较高的实用价值。该系统由W77EO58单片机,A/D转换芯片MAX197,TPS4339红外探测器,IR55红外调制光源组成,采用单片机C语言进行采集系统的嵌入程序编写。系统实现了对轻烃、重烃、CO2信号的高速高精度采集。     

用于光谱测量的光电二极管阵列驱动设计

为实现高动态范围多通道光谱测量,优化设计了光电二极管阵列S3924驱动电路。电路由时序产生单元、信号采集单元、控制单元3个功能模块组成。该电路使用一片EPM7064 CPLD作为光生电荷转移和信号采集的时序发生器;探测器输出信号被两个放大器同时放大,利用高速模拟开关切换方法,在单幅光谱测量中实现两级信号增益;为了防止探测器过饱和,设计了自动读出功能。最后对光谱信号噪声水平进行了评价,该噪声峰谷值小于0．01V,标准偏差在0．002V以下。     

适于MEMS加速度计读出电路带宽可调的低通滤波器

提出了一种适于MEMS电容加速度计读出电路带宽可调的低通滤波器,带宽调节范围为100～8000 kHz。信号频率低于500 Hz时选用开关电容低通滤波器,高于500 Hz的信号则由连续时间低通滤波器来处理。该低通滤波器采用1.2 μm的2P2M的N-阱CMOS工艺实现。设计中分析并解决了因时钟信号引起的制约开关性能的因素：优化的开关时序消除了电荷注入引起的非线性;时钟馈通敏感节点增加虚拟开关抵消了耦合电荷;高PSRR共源共栅折叠式差分输入结构,有效地抑制了来自电源的干扰,改善了电路的性能。     

适于MEMS加速度计读出电路带宽可调的低通滤波器

提出了一种适于MEMS电容加速度计读出电路带宽可调的低通滤波器,带宽调节范围为100Hz～8kHz。信号频率低于500Hz时选用开关电容低通滤波器,高于500Hz的信号则由连续时间低通滤波器来处理。该低通滤波器采用1.2μm的2P2M的N-阱CMOS工艺实现。设计中分析并解决了因时钟信号引起的制约开关性能的因素:优化的开关时序消除了电荷注入引起的非线性;时钟馈通敏感节点增加虚拟开关抵消了耦合电荷;高PSRR共源共栅折叠式差分输入结构,有效地抑制了来自电源的干扰,改善了电路的性能。     

用于288×4读出电路中的高效率模拟电荷延迟线(英文)

提出了一种带时间延迟积分功能的高性能CMOS读出电路芯片适用的高效率电荷延迟线结构。基于该结构,设计了一款288×4规格焦平面阵列组件适用的CMOS读出电路芯片,并已完成流片、测试。该芯片包括4个视频输出端,每个端口的像元输出频率为4~5MHz(如用于实现384×288规模的成像,帧频可达160Hz)。测试结果表明这款芯片具有高动态范围(大于78dB)、高线性度(大于99.5%)、高均匀性(大于96.8%)等特征。     

用于288×4读出电路中的高效率模拟电荷延迟线

提出了一种带时间延迟积分功能的高性能CMOS读出电路芯片适用的高效率电荷延迟线结构。基于该结构,设计了一款288×4规格焦平面阵列组件适用的CMOS读出电路芯片,并已完成流片、测试。该芯片包括4个视频输出端,每个端口的像元输出频率为4～5MHz（如用于实现384×288规模的成像,帧频可达160Hz）。测试结果表明这款芯片具有高动态范围（大于78dB）、高线性度（大于995%）、高均匀性（大于968%）等特征。     

基于DSP+FPGA的X光输送带检测系统探测器的设计

在分析了输送带检测方法的基础上,提出一种X光输送带检测系统探测器的设计方案.采用DSP+FPGA设计了探测器的硬件电路;采用C语言编写了DSP程序,采用VHDL语言编写了FPGA程序;提出了一种X光信号处理算法,实现了对X光信号的校验和处理,提高X光信号检测的质量.并进行了实验和调试,结果表明所设计的探测器能够实现对多路X光信号的采集、处理、传输,具有采集速度快、实时性强和扩展方便等优点,满足X光输送带检测系统的高速在线检测的要求.