Conveners
Session 1 (Electronics)
- 亮 张
- 微 魏
碲锌镉（CdZnTe）探测器能够在室温工作条件下工作、具有良好的能量分辨率，被广泛应用核安全成像相关的诸多领域。三维位置灵敏CZT探测器可以通过作用深度校正获得更高能量分辨，同时获得多个作用点的位置信息，适用于要求高能量分辨、位置分辨的康普顿散射成像，实现对放射源的定位。 报告介绍基于自研专用集成电路芯片（ASIC）的三维位置灵敏CZT探测器读出电子学系统的研制，首先对122通道测试样机的前端读出电子学、数据采集电子学和控制逻辑等部分进行介绍，并介绍系统的性能测试结果，比较不同深度灵敏技术的能量校正算法的校正结果，介绍成像实验的初步结果。还介绍了484通道CZT探测器阵列读出电子学的研究进展。
Timepix4作为Medipix4合作组推出的新一代事例型像素探测器读出芯片的代表，在多个领域有重要的应用潜力。由于其能够同时对位置、时间和能量同时进行极高精度的测量，所产生的数据量最高能达到160Gbps每芯片。针对这一挑战和一些潜在的应用场景，本报告将介绍用于高速中子成像领域的单模块和四模块Timepix4像素探测器读出电子学的研究进展，主要包括所面临的挑战、所采用的方案和一些初步的测试结果、以及未来的研究计划等。同时将介绍面向未来进行阵列化拼接时所将面临的海量实验数据这一挑战，预期进行的一些研究
兰州重离子加速器是我国目前能量最高、规模最大的重离子研究装置。低温高密核物质谱仪位于装置外围，其内部包含各种探测器，其中的零角度量能器用硅光电倍增管将光信号转化为电信号。传统的读出电路很难兼顾大动态范围、高速和高精度，为了解决这个问题，本文提出了基于一阶Delta Sigma调制的自动增益调节SiPM读出电路。SiPM产生的脉冲宽度为10 ns，如果不采用慢成型电路直接对信号进行采样，至少需要500 M采样率的ADC，会消耗较大的功耗。该设计采用了前端自动增益放大电路，且将一阶DSM电路设计为类似TOT测量技术的电路, 自动增益放大器输出的能量信息在积分器中进行线性积分，能量通过比较器和一阶DAC的反馈进行线性放电，系统的输出为与输入线性相关的脉宽信息。脉宽信息由TDC进行测量，TDC采用环形游标结构。该设计在180 nm CMOS工艺完成，实现了动态范围为160 fC-160...
高能宇宙辐射探测设施（High Energy Radiation Detection facility，HERD）是中国空间站未来重要的探测试验设施，以高灵敏度探测器检测高能伽马射线，间接搜寻暗物质。硅电荷探测器(Silicon Charge...
甚大面积伽马射线空间望远镜(Very Large Area gamma-ray Space Telescope, VLAST)的主要科学目标包括暗物质粒子间接探测、高能时域天文、宇宙线物理、宇宙物理学和基本物理规律检验。VLAST计划使用硅微条探测器（silicon strip detector，SSD）构建径迹及低能伽马探测器（Silicon Tracker and low Energy gamma-ray Detector，STED）来收集从高能伽马光子转换而来的电子空穴对。 一个STED阵列由8大超层组成，包括8个CsI探测层和16个硅微条探测大层，具有344064个通道。 每个硅微条通道都有约 100pF 的大等效电容。...
高能宇宙辐射探测设施（HERD）的硅径迹仪(Silicon TracK简称STK)的主要任务是实现对高能宇宙线的高精度径迹测量以及对高能伽马射线的转换和方向测量，是实现伽马射线点源高灵敏度观测的重要探测器。STK由7大层14小层，共约12.9平方米的硅微条探测器组成，使用多片ASIC芯片读出。当前阶段正在准备开展电性件的设计与研制。
CPRE_1CH是为辐射探测器信号读出设计的一款通用读出芯片，是CPRE系列芯片的单通道版本。芯片包含电荷灵敏前置放大器，滤波成形电路（主放），峰值探测保持电路，适合于Si-PIN，CZT等无倍增效应的输出空穴或电子的半导体探测器。在最新一代的CPRE10_1CH_PRO芯片中，标准14mW功耗下噪声性能为80e+13e/pF。前放、成形或峰保可以单独或联合使用，输出采用了驱动能力强的AB类推挽式输出结构，可驱动片外20pF以上电容，并达到3.5V以上的动态范围。可配置极零相消和基线恢复功能提高计数率。调整偏置电流可进一步压低噪声，或降低功耗供便携式仪器使用。
在粒子探测器中，量能器主要用于探测粒子的能量信息和时间信息，为了保证能量信息能够快速、准确地被读出，系统对ADC的精度、速度提出了很高要求，同时该ADC还应具有低功耗和高线性度。本文设计了一个12位40MS/s无采样保持的Pipelined ADC，采用了运放共享技术减小功耗，比较器采用了输出端去失调技术。基于180nm工艺，芯片面积为1.24mm2。测试结果表明，在电源电压为1.8V，输入信号频率为3MHz时，ADC的SFDR为76.9dB, SNDR为59.2dB, SNR为59.5dB, ENOB约为10bit，功耗约45mW。
