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。     

LHAASO-WFCTA硅光电倍增管增益温度漂移精确补偿方法

大型高海拔空气簇射观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)的广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field of View Cherenkov Telescope Array,WFCTA)采用新型的固态半导体探测器硅光电倍增管(silicon photomultiplier tube,SiPM)作为光敏探测器.由于SiPM的增益对温度较为敏感,为使SiPM增益在变温环境下保持稳定,本文研究出了SiPM增益温度漂移的精确补偿方法.该方法通过粗调和细调两个数字电位器的方式实现对低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO)输出偏压的调节,并根据刻度出的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)监测值与真实偏压的关系,利用ADC的监测值进行反馈调节的方法实现偏压的精确调节,最终实现SiPM增益的精确补偿.通过使用以该方法实现的电路后,在相似温度变化范围内,SiPM的增益波动由补偿前的71.8%降低至0.8%.结果显示该方法能够实现对因温度引起的SiPM增益漂移的很好的补偿.     

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.     

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。     

2D位敏核探测器检测平台研究

为了确保2D位敏核探测器的成像性能,需要对探测器各个像素通道进行增益标定和刻度匹配,为此对2D位敏核探测器检测平台进行研究,设计开发了基于激光光源的二维平面光学检测平台。实验证明了该检测平台能够准确的刻度光电倍增管(PMT)元件各个通道的增益差异,为组装匹配和电子学调试提供数据支持。     

基于FPGA的高速数据采集系统

介绍一种基于高性能FPGA的高速数据采集系统,探讨了高速数据采集、存储和传输的技术难点。该系统采用双通道A／D进行采样,每通道采样频率高达250MHz,使用高性能FPGA芯片进行通道控制、数据处理和接13＇设计,具有功能强大的前端调理电路,可以选择匹配阻抗和耦合方式、具有增益自动调整功能,满足大范围信号的测量要。具有PXI接口,可方便组成测试系统。     

THGEM位置灵敏探测器读出系统

采用专用集成芯片设计了基于厚气体电子倍增器THGEM的热中子位置灵敏探测器读出电子学系统,实现电荷信号的放大、整形,采用高速模数转换芯片AD9220进行采集,采用USB通信实现数据传输,采用FPGA作为读出系统的总控制器,实现了探测器的阵列电荷信号读出;得到读出系统通道输入输出线性响应关系,在±15fc之间线性关系良好;实现了位置信息重心读出;探测器最高计数率达1×10~5/s.     

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。     

一种4 M-Pixel/s 4通道X射线CCD读出电路

本文设计了一种4 M-pixel/s 4通道X射线CCD读出电路.为加快读出速度,采用相同的4个通道并行处理CCD信号,每通道由2个3阶3位增量型ΣΔ模数转换器(I-ΣΔADC)交替采样CCD信号进行量化.在调制器结构中引入环路延时迁移(SLD)缓解紧张的时序.设计实例采用0.35μm 2P4M CMOS工艺实现,芯片工作在3.3V电源电压和64MHz时钟频率下,设计获得前端电路折算到输入的等效积分噪声为13.53μV,积分非线性为0.009 6%,功耗为1.35W.     

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。     

SSPD的低抖动SFQ信号读数

运用单磁通量量子(SFQ)读取技术的超导单光子探测器(SSPD)可以实现低抖动信号的读出。通过优化SFQ读出电路的电路参数,输入电流灵敏度被改善到10μA以下,且该结果比SSPD典型的临界电流小。实验使用脉冲发生器作为输入脉冲源,结果显示测出的SFQ读出电路的抖动值远低于目前测量装置系统超过15μA的抖动电流值。SSPD连接到SFQ读出电路的测量抖动值在37 ps的半高全宽(FWHM)时的SSPD偏置电流约为18μA,这是对传统的没有SFQ读出电路,抖动为67 ps的FWHM的显著提高。     

基于RFID技术的综合保安系统

以电子标签为信息载体、读出器XCRF-611为数据采集前端,配套一后台计算机(含定制的信息监控中心系统)及执行机构,组成了一套完整的基于RFID技术的综合保安系统。该系统将RFID技术应用到综合保安系统,革新了传统的门禁保安技术,提高了保安系统的智能化、程控化以及可靠性和安全性水平,体现了信息社会的新技术特点。     

一种适用于77K下读出电路的电流源

给出了一种应用于低温光敏探测器读出电路的可编程电流源,工作在液氮环境(77K),无外加单元,与一般电流源设计不同,本设计将部分MOS管设计在亚阈值区工作来提高电路工作稳定性。此电流源设计采用0.5μm标准CMOS工艺。工作电压为5V。室温测试当工作电压从2.3V到6.4V变化时,输出电流从199nA变化到212nA,精度为1.4%/V。在液氮环境测试当工作电压从3V到6.8V变化时,输出电流从355nA变化到372nA,精度为1.3%/V。由于电路工作温度稳定,所以不要求电流源有良好的对温度稳定性。     

嵌入式数据采集系统的研究

将微处理器 (MPU)微控制器 (MCU) ,DSP等可编程计算部件应用于数据采集系统中 ,可以极大地提高数据采集系统的静态、动态、瞬态测量特性 ,诸如 :量程、增益、时间漂移、温度漂移、采样速率、抗干扰能力等。应用带有内置A/D转换器的微处理器 ,使数据采集系统电路更简化 ,体积更小 ,信噪比更高 ,成本更低。为了能采集较宽频率范围内的模拟信号 ,必须设计一个高性能的采样频率变换电路 ,以便根据需要 ,方便灵活地设定采样频率 ,同时 ,还要降低采样孔径的抖动 ,进一步提高系统性能。     

具备时间延迟积分的高性能线阵288×4 CMOS读出电路

描述了一种高性能CMOS线阵288×4读出电路的设计.该读出电路是一个大规模混合信号电路,集成了时间延迟积分以提高信噪比,实现了缺陷像素剔除以提高阵列的可靠性.其他特征包括积分时间可调,多级增益,双向扫描,超采样,以及内建电测试.该芯片采用1.2μm双层多晶硅双层金属CMOS工艺.测量得到的总功耗约为24mW,工作电压5V.     

单片接收机射频前端电路设计与仿真

无线通信对射频接收机的低功率、低成本、小型化要求较高。本文提出了基于 IEEE 802．16协议的低电压接收前端系统和模块的设计方案,给出了三级级联的低噪声放大器和双正交下变频混频器的设计电路。仿真结果显示该放大器在增益、噪声、线性度等指标上均达到要求,双正交下变频混频器镜像抑制度达52 dB以上,对低噪声放大器和混频器级联电路的仿真结果表明,该级联电路能够达到接收机RF前端电路的设计要求。     

一种避免串通电流产生的交叉耦合电荷泵设计

针对传统电荷泵的串通现象,提出了一种采用非交叠时钟控制的输入范围宽、输出纹波小、能有效避免串通现象产生的高压交叉耦合电荷泵,从而提高电压增益和效益;同时,设计出一种具有负反馈调节能力,可以跟随输入电压调节的移位电平产生电路,输出纹波约15mV,具有较高的抗干扰能力.基于0.35μm BCD(bipolar CMOS DMOS)工艺进行电路设计,Spectre仿真结果表明:该电路的工作电压范围为4~24V,可驱动1mA的负载电流,最大升压效率高达99.89%,并且电压增益可以调节.     

一种适用于77 K下读出电路的电流源

给出了一种应用于低温光敏探测器读出电路的可编程电流源,工作在液氮环境（77 K）,无外加单元,与一般电流源设计不同,本设计将部分MOS管设计在亚阈值区工作来提高电路工作稳定性。此电流源设计采用0.5 μm标准CMOS工艺。工作电压为5 V。室温测试当工作电压从2.3 V到6.4 V变化时,输出电流从199 nA变化到212 nA,精度为1.4%/V。在液氮环境测试当工作电压从3V到6.8 V变化时,输出电流从355 nA变化到372 nA,精度为1.3%/V。由于电路工作温度稳定,所以不要求电流源有良好的对温度稳定性。     

基于ADS1298的表面肌电采集系统设计

针对现有表面肌电信号采集方法存在的元器件较多、电路复杂和调试困难等问题,以ADS1298集成模拟前端设计了一种新型s EMG信号采集系统.通过充分利用ADS1298集成的可编程增益放大器、24位高分辨率ADC以及右腿驱动放大器,简化了前端调理电路的设计,使系统的集成度高、体积小、功耗低.     

2.4 GHz短距无线通信系统射频模块的设计

主要介绍一种工作在2.4～2.5 GHz ISM频段的短距离无线通信收发信机射频前端模块.该模块由低噪声放大器(LNA)、上/下变频器、锁相环(PLL)频率合成器以及射频/中频滤波器等构成,并集成在一块97 mm×66 mm的PCB板上.文中在理论分析和仿真基础上对射频前端电路进行了设计和研制.发射通道输出信号频谱和接收通道解调信号的测试结果表明,该射频模块可应用于蓝牙或IEEE802.11b无线局域网等短距离无线通信系统.