Conveners
第二分会场（RBS2）
- 玉兰 李 (清华大学)
上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai high repetition rate XFEL and extreme light facility,...
Topmetal电荷传感器的工作原理是将芯片最顶层的部分金属块裸露出来，漂移到该金属块上的正或负电荷可不经过雪崩直接被收集，经后续电路处理后读出。本文介绍了一款基于Topmetal传感器研发的电荷收集芯片Topmetal-S，以及利用该芯片搭建的小型时间投影室（TPC）原型机。该芯片基于国产华虹宏力（GSMC）130 nm CMOS工艺，主要包含一个正六边形电荷收集电极、电荷灵敏前置放大器（CSA）和为CSA提供偏置的数字模拟转换器。其中，CSA的核心运放为单端折叠共源共栅结构，具有六个可调整的偏置电压。为抑制闪烁噪声，输入管采用了PMOS管并优化了尺寸。
电荷收集电极周围有一圈保护环用于聚焦。保护环与电极之间形成的保护环电容用于给CSA输入端注入周期脉冲信号。通过与已知电容构建的电桥平衡，测得的保护环电容（输入电容）值为250 fF，芯片的等效噪声电荷为110...
为了满足碲锌镉等半导体辐射探测器的应用需求，设计了一种大动态范围、低噪声、具备通道地址编码功能的32通道前端读出ASIC芯片。每个通道由电荷灵敏放大器CSA、慢/快成形器、峰值检测保持电路、甄别器组成。CSA的反馈电容可调来提供不同增益和线性范围。慢成形器的达峰时间可调以实现较优噪声性能。为了提高芯片读出速度节省芯片管脚，每个通道均内置快速通道地址编码器，全芯片采用事件触发读出方式。当某通道被粒子击中时，只输出该通道的能量和地址。
前端读出模拟电路可由内置LDO电路提供电源，提高了电源噪声抑制能力。为了提高动态范围，设计了一种基于差分放大器和MOS电阻的4阶慢成形器。基准电压由内置bandgap电路提供，将基线钳位在电源和地之间的中间电位。因此，可以支持正向/负向电荷信号的放大，也可对探测器的泄露电流进行补偿。电阻采用栅极接地的PMOS管实现降低芯片面积并提高线性范围。末级成形器采...
在高能粒子物理对撞实验中，量能器是最重要的子探测器之一。近年来，硅光电倍增管（SiPM）作为量能器前端读出传感器的研究引起了人们的广泛关注。在粒子探测中，由于入射粒子的能量是不确定的，因此前端探测器SiPM输出的脉冲信号的幅度变化范围高达三个数量级。传统的探测方法为前端电路采用两路不同增益大小的支路同时进行读出，增加了读出电路的功耗和成本。另一种方法是片外调整增益，这不利于实际应用，响应速度慢。为了节省探测器的功耗和成本，本文提出并设计了一种采用自动增益控制（AGC）的前端电路，该结构可实现160fC到160pC的输入动态范围，片上仅需一个读出支路和一次测量。该芯片设计使用了国内GSMC 0.13μm CMOS工艺。AGC前端电路由可变增益放大器（VGA）、偏置电路、延迟块和增益控制电路组成。后仿真结果表明，VGA的增益动态范围为-6.6 dB至19.8...
波形数字化技术，是将入射粒子在探测器上产生的信号波形直接数字化采集与处理，可以获得信号的全部物理信息，从而能够进行精确的科学分析，数字化仪是实现波形数字化技术的设备载体。
8通道、250 MSPS、14-bit桌面式数字化仪是一款可以实现各类粒子辐射特征信号的探测、获取、处理、存储和显示等功能的核电子学设备，具有全波形采样、能谱测量、计数、数字滤波（滑动平均、低通滤波、梯形滤波）、8通道逻辑与或、时间戳、抗堆积、n/γ甄别等8种常用固件算法，可提供二进制数和十进制数的存储文件，支持二次开发和数据处理。研制的数字化仪模拟输入带宽（-3 dB）为100 MHz（DC耦合），满量程输入电平2 Vpp（-1V~1V），最大存储事例数5.12 MS/ch，最大存储时长16...
高功率质子束轰击重金属靶，利用散裂反应的原理可以高效率地产生宽能段的脉冲中子束，对于核科学、材料科学、能源与环境科学等领域有着重要的意义。在散裂中子源和加速器驱动的次临界系统中都使用高功率加速器对质子束进行加速产生高功率质子束，为确保大科学装置的稳定运行，需要对高功率质子束的功率密度分布进行测量和控制。本课题的主要研究内容是研制一套基于像素型碲锌镉探测器的高功率质子束斑成像系统，并对其中的关键技术进行研究，利用次级粒子成像完成对高功率质子束斑的功率密度进行重建。质子束轰击重金属靶后，会产生大量次级伽马射线，利用小孔成像原理，对次级伽马射线通过小孔准直，通过相应算法在远离靶站处可以重建靶表面出射伽马射线分布的倒像，间接地测量质子束的性质，避免了直接测量高功率质子束对测量系统的损伤。采用256像素碲锌镉（CZT）探测器，基于分立元件设计一套读出电子学系统进行原理验证，该系统工作正常，像素...
