针对SiPM探测器的多通道读出电子学设计

硅光电倍增管(SiPM)由于其高增益、高时间分辨、低工作电压、磁场不敏感等优点,在高能物理、医学物理等领域具有广泛的应用前景。该文设计的系统包含前端电子学和数据采集系统两部分:前端电子学板结合商用专用集成电路(ASIC)(VATA64)与复杂可编程逻辑器件(CPLD),能够同时读出64通道的SiPM,板上同时集成了稳定探测器增益的温度补偿电路和标定增益的发光二极管(LED)驱动电路;数据采集系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,可以同时读出8块前端电子学板,并为SiPM提供编程可控的工作电压(40~100V)。该系统已经应用于由瑞士、德国、美国和中国合作的正负电子气球谱仪(PEBS)实验的电磁量能器原型设计,并在欧洲核子中心(CERN)束线实验取得了良好的结果。该高密度多通道SiPM电子学读出系统可以逐通道调节探测器偏压,调节精度达4mV,调节后各通道增益的差异可小于2%。该系统对于其他SiPM在新型粒子径迹室或量能器的应用具备借鉴意义。     

应用于9通道8-bit 1 GS/s时钟交叠SAR ADC的后台校准改进方法

报道了三种应用于时钟交叠模数转换器(Time-Interleaved ADC,TI ADC)的后台校准改进方法,分别校准系统中多通道之间的失调失配、增益失配以及多相位时钟之间的时间偏差.失调校准技术基于统计学期望算法,增益校准技术基于统计学方差算法,时钟校准技术基于平均过零点算法,3种校准技术皆由改进的误差检测模块和误差补偿模块来实现.误差检测以及补偿模式可以根据TI ADC的设计要求调节校准精度.对带有误差失配的9通道8-bit 1GS/s时钟交叠SAR ADC电路仿真验证,经过校准,无杂散动态范围皆高于63dB,失调失配小于0.1LSB,增益失配小于0.23%,时间偏差小于3ps.     

应用于MEMS基频率源的CMOS温度传感器

基于TSMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺设计了用于在片测温的CMOS温度传感器.该温度传感器采用双极型晶体管为测温核心器件,使用缩放式模数转换器(ZOOM ADC)来实现温度信息的读取.温度前端电路采用动态匹配技术(DEM)和斩波技术来降低电流源失配和运放失调,实现对电流增益βF的补偿,提高电路的精度.同时,...     

具有间隙反射膜的稀疏SiPM阵列PET探测器性能评估

正电子发射断层成像仪(positron emission tomography,PET)通常采用模块化闪烁探测器,由闪烁晶体阵列耦合光电传感器阵列构成。近年来硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)广泛应用于PET。虽然SiPM紧密排列可以获得较好性能,但是稀疏排列可以有效降低成本,获得较高性价比。该文采用SensL公司MicroFB-30035-SMT芯片自主拼接了一款8×8的稀疏SiPM阵列,阵列面积为33.7mm×33.7mm,SiPM芯片尺寸为3.16mm×3.16mm,即阵列间隙面积比例为44%。基于该稀疏SiPM阵列,开发了一款具有作用深度信息的双层错位LYSO晶体PET探测器模块。SiPM间隙为探测死区,将造成光损失。该文评估了在SiPM间隙粘贴增强型镜面反射膜(enhanced specular reflector,ESR)后对探测器性能的影响。在室温下采集了有无间隙反射膜2种情况下的泛场图像。开发了定量评估方法,评估了探测器的光电峰、能量分辨率和晶体响应均方根误差。结果表明:SiPM间隙粘贴反射膜提高光收集量25.5%,将探测器的能量分辨率由13.48%优化到12.80%;泛场图像质量也有了提升,即改善了探测器固有空间分辨率。     

一种新型PCIE3.0高线性度低功耗均衡器设计

针对PCIE3.0芯片的接收端设计一种新型高线性度低功耗均衡器,主要信号路径上只使用线性无源器件,衰减信号的低频能量的同时增强高频能量,实现增益补偿的效果.在其后端增加直流漂移补偿电路,来调整线性均衡器导致的直流漂移.该电路不受芯片工艺、电压和温度的影响,无需进行校准或者补偿,并通过仿真进行了验证.     

基于模糊神经网络的MEMS陀螺温度漂移建模

微机电系统(MEMS)陀螺的温度漂移呈现复杂的非线性特性,常规的方法无法对其建模.本文提出了一种基于模糊神经网络(ANFIS)的陀螺温度漂移建模的方法,ANFIS具有良好的逼近非线性函数的能力,适合于非线性系统的建模.通过ANFIS对MEMS陀螺的温度漂移进行建模,经实测数据验证,该方法具有较好的效果.通过该模型的温度补偿算法,使MEMS陀螺的定位精度提高了20倍.     

流水线ADC级间增益误差的数字域补偿方法

提出了一种针对流水线模数转换器(ADC)级间残差放大器的线性增益偏差与增益压缩误差的后台补偿方法.利用随机信号的二阶统计互相关特性,通过在第一级数模转换器输入端的低两位上分次注入数字伪随机序列,测量放大器的实际增益值与其表征幂级数模型的三阶非线性项系数,并使用此估计值同时完成对这两种误差的后台补偿.为了验证设计,对14位三级流水线ADC进行了系统模拟,当前两级量化精度均为5位,且两级残差放大器的增益偏差与输出峰值点的相对增益压缩率分别为-2%和5%时,经过补偿后SFDR(无杂散失真动态范围)和SNDR(信噪失真比)指标分别从70.93dB和54.83dB提高到97.60dB和74.30dB.     

基于GAGG闪烁体探测器卫星小载荷的组装与测试

介绍北京师范大学天格计划团队研制的以Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet (GAGG)闪烁体探测器为核心的卫星小载荷（BNU-120）的组装与测试工作．组装中,4个GAGG晶体（每个3.8 cm×3.8 cm×1.0 cm）通过硅胶与64个SiPM (Silicon Photomultiplier, Sensl MicroFJ-60035-TSV)耦合．实验在15 ～1330 keV范围内标定和测试了温度和偏压对探测器信号幅度的影响、探测器的能量与道址关系、探测器的能量分辨率与能量的关系,以及探测器的探测效率与能量的关系．标定测试结果与天格计划团队先期研发载荷标定数据一致,且探测器探测效率实验测量数据与基于Geant4的蒙特卡罗模拟数据相符．标定数据将用于未来BNU-120发射后在轨探测数据的修正．      

一种基于光线漂移补偿的导轨角度误差测量方法

提出了一种带有光线漂移补偿的测量导轨俯仰角误差、偏摆角误差的方法及系统.将平面反射镜作为角度测量敏感元件,利用二维位置敏感探测器(PSD)和透镜组合来实时监测激光器本身所引起的光线角度漂移.实验结果表明:使用本系统测量导轨的角度误差,由激光器本身所引起的光线角度漂移对导轨偏摆角及俯仰角误差的影响可分别减少89.3%和69.2%,进一步提高了导轨角度误差测量的精度.     

GaN基MSM结构紫外光探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层, 以此为材料, 制作了暗电流很小的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外光探测器. 测量了该紫外光探测器的暗电流和360 nm波长光照下的光电流曲线、光响应曲线和响应度随偏压变化的曲线. 该紫外光探测器在5 V偏压时暗电流为1.03 nA, 在10 V偏压时暗电流为15.3 nA. 在15 V偏压下该紫外光探测器在366 nm波长处的响应度达到0.166 A/W, 在365 nm波长左右有陡峭的截止边. 从0~15 V, 该紫外光探测器在360 nm波长处的响应度随着偏压的增加而增大. 详细地分析了该紫外光探测器的暗电流、光电流、响应度随偏压变化的关系.     

红外热成像系统温度漂移补偿算法研究

针对红外焦平面阵列(infrared focal plane arrays, IRFPA)响应输出易受到环境温度变化的影响,且长时间工作后易发生温度漂移,导致红外热成像系统测温误差大,为此提出了一种红外热成像系统温度漂移补偿算法。该算法建立了红外焦平面阵列响应输出随环境温度变化的补偿模型,利用该模型对IRFPA每个像素响应输出值进行逐一修正。将该补偿算法加入红外热成像系统中,进行红外目标的温度显示实验。实验结果表明,该算法能够有效减少环境温度变化引起的测温误差,提高红外热成像系统的测温精度。     

一种新型智能PH测试仪

PH值是水质检测中的一项重要指标,目前市面上多数PH测试仪电路过于复杂、稳定度不高,为此,设计一种基于LMP91200和STM32芯片的新型智能PH测试仪。通过优化硬件配置和算法解决了温度自动补偿、电极自动标定,ADC参考电源自动校准等问题。通过多次试验测试,测量结果表明,设计的新型测试仪较现有PH测试仪的稳定性和精度有明显提高。     

集成运算放大器的零漂特性研究

为改进抑制零点漂移的技术,提出了利用一种新型的器件CBT来抑制零点漂移的方法,分析了CBT的电流增益在一定范围内基本上不随温度和工作电流变化的机理,给出了输出特性曲线与基区沟道宽度、时间及温度的关系。测试结果表明：改进后的集成运算放大器的失调电流随温度变化显著减小。输出特性曲线基本不随温度变化。该器件主要应用于军事及航天领域中的精密仪器及仪表中。     

基于RBF神经网络模型和SVM模型的压力传感器

压阻式压力传感器由于受环境温度影响会产生较大的温度漂移,测量精度明显降低,不利于其他依赖于压力数据的测控环节的工作。简要分析了当前常用的压力传感器温度补偿方法,然后采用RBF神经网络模型和支持向量机模型对压力传感器因温度变化所产生的非线性进行补偿。结果显示:传感器的温度漂移分别降低到0.6%F.S和0.5%F.S.,大大提高了压力传感器的性能和测量精度。最后,通过补偿结果的对比分析,讨论了两种算法的优劣性。     

一种新的高精度电子天平温度补偿方法

双向加力式电子天平的电路结构不适于用硬件进行温度补偿,尝试利用神经网络的方法实现温度补偿.研究发现电子天平在相同质量全温度场下质量示值的漂移是一个非线性的关系,在同温度全质量场下的质量示值呈线性关系.根据这两个重要特性,利用神经网络对双向加力式电子天平进行温度补偿.结果表明,新的温度补偿方法实用性强,精度高,能有效提高电子天平计量精度.     

利用单片机提高温度测量精度

介绍如何利用单片机对热电偶测量装置中对热电偶的非线性，冷端温度的补偿，以及运算放大器零漂和数值转换关系Av实时测出的处理方法，提高了温度控制领域中温度的测量精度。     

一种消除电压型磁链观测器中直流偏置误差的新方法

为消除直流偏置积分误差对电压型转子磁链观测器的影响 ,提出了一种新型的闭环积分校正算法。该算法通过引入闭环比例积分 (PI)校正环节和直流偏置积分校正环节对电压型磁链观测器进行校正。可以完全消除直流偏置以及初始值积分误差对转子磁链造成的影响、同时还能保证转子磁链辨识无稳态误差 ,适合于在低速下和无速度传感器的情况下使用。仿真和实验结果验证了这种方法的有效性     

非同步采样引起的双通道FFT的相位误差及其补偿

本文根据实际模拟输入系统（ＡＤＣ）的结构，指出由于对一个动态系统输入和输 出的非同步采样，引起双通道ＦＦＴ分析的相位误差。文中给出了消除这种相位误差 的数学原理及误差变化规律。仿真模型的分析结果表明，本文所提出的方法对非同步 采样引起的相位误差只有较好的修正能力。