Speaker
Xin Wang
(IHEP)
Description
精确测量光子到达时间是高能物理、核医学等领域的核心需求。随着实验对粒子鉴别动量范围的扩展和TOF-PET成像质量的提升，光子定时系统的时间分辨率要求已进入亚百皮秒量级。TDC（时间数字转换器）因其高集成度和低功耗的优势，是实现皮秒级定时精度的经济实用方案。
本研究介绍一种面向高精度定时的读出电子学系统，核心为采用55nm CMOS工艺设计的专用集成电路FPMROC。该芯片集成低噪声前置放大器、甄别器和TDC，LSB约13ps，实测单次时间测量精度30.16ps（RMS），同时支持到达时间和过阈时间测量，TOT数据可用于时间游走修正。数据获取系统基于KC705 FPGA开发板，通过SPI接口配置芯片并采集差分数据输出，时钟同步由Si5338时钟发生器提供，保证多路探测器的时钟一致性。
为验证系统性能，搭建了基于分光光纤的符合测量平台：皮秒激光器由Si5338触发，经光纤一分为二注入两套读出系统。在低增益工作条件下，两路TOA时间分辨率分别为35.08ps和29.30ps，符合时间分辨率达45.76ps，验证了系统的亚50ps定时能力。
该系统具有高集成度、低功耗的特点，适用于大规模通道部署场景。后续将结合高性能光子探测器开展联合测试，进一步挖掘系统定时性能极限。
