一款 GEM 探测器读出 ASIC -GEMROC测试平台的设计-论文.pdf

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1、第34卷第4期核电子学与探测技术Vo1．34No．42014年4月NuclearElectronics＆DetectionTechnologyApr．2014一款GEM探测器读出ASIC—GEMROC测试平台的设计李丹，颜永红，常劲帆，王铮2，王炜(1．湖南大学物理与微电子科学学院，长沙410082；2．中国科学院高能物理研究所，北京100049)摘要：主要完成了一款GEM探测器读出ASIC—GEMROC测试平台的设计。在设计中充分考虑了同类型ASIC的测试需求，进而对插件的功能进行了扩展，使其具有一定的通用性。关键词

2、：特定用途集成电路；现场可编程门阵列；模数转换器；数模转换器中图分类号：TL8文献标志码：A文章编号：0258-0934(2014)04-0477-03随着新型探测器的发展，以分立器件为核1GEMRoC芯片简介心的传统电子学在面对高密度、小尺寸的新型探测器时，其在空间、功耗以及成本等方面的劣GEMROC芯片是一款16通道的GEM探势越来越明显。因此，必须采用专用集成电路测器前端电子学读出的ASIC芯片。其中，每(ASIC)来解决这一问题。个通道的组成部分包括电荷灵敏前放(CSA)、目前，中国科学院高能物理研究所已自主带

3、极零相消的积分网络和模拟缓冲输出驱研发出多类型多用途的ASIC芯片，主要包括动nJ，如图1所示。芯片设计的关键技术指标：密集型阵列探测器前端读出芯片、多通道电荷增益为～5mV／fC，可调；线性范围为最大200灵敏前放芯片、逐次比较型ADC芯片、GEM探fC，非线性<1％。测器读出芯片GEMROC等。当每款ASIC设计完成后，都要对芯片本身的性能进行测试。由于专用的飞针式测试平台价格十分昂贵，所以每款芯片基本都是利用信号发生器、示波器、FPGA开发板等仪器搭建一个简单的测试平台，由于需要针对每款芯片设计测试平台所需图1单

4、通道结构图的PCB，因此测试效率低，有时测试精度也无法2系统设计与实现满足测试需求。因此，为了提高测试效率，本文设计了一款通用的ASIC测试平台，设计完成由于GEMROC是一款基于电荷灵敏前放后对GEMROC芯片的基本性能进行了测试，验和CR—RC积分成形网络的电荷测量芯片，其证测试平台的可用性。输出信号的峰值正比于输入电荷量，为保证足够的测量精度，便于多通道同时测量，因此选用了8通道，12bit，40MHz采样频率的商用ADC收稿日期：2014一o2—18作者简介：李丹(1988一)，女，辽宁朝阳人，硕士研究芯片AD

5、9222对其输出波形进行采样，同时配生．主要研究方向为集成电路工程。合FPGA完成寻峰等操作。考虑到基于Wil一477设计的要求。>目鹫田簿u《0姗；咖{啪；；{鲫枷瑚ol—nV．1．5；40000之10000200003O0oOl0O0o2Oo0O3OooOnC输入刻度值(十进制)DAC输入刻度值(十进制)(a)DAC拟合直线图(b)DAC的INL曲线陶图4DAC拟合直线图及INL曲线图Ooo80o2{●60oll4OOo¨．_．⋯⋯一⋯～一⋯⋯⋯2o0姆稍蓍}-1O●●l●5Oo50l100002OD∞3O00O4

6、0000；讯酱}-2DAC~I入刻度值(十进制)0～(a)GEMROC拟合直线图DAc输入刻度值(十进制)●一(b)GEMROC的玳L曲线圈●～．．1．．图5GEMROC拟合直线图及INL曲线图●●⋯●4结论参考文献：系统插件：测●试完成后，利用其对GEMROC[1]陆卫国．GEM探测器前端读出电子学ASIC芯片的●的基本性能进行了测试，测试结果说明插件的设计[R]．中国科学院高能物理研究所电子学组，2010．设计能够满足设计要求。在设计中对插件功能[2]吕继方．基于峰保电路的GEM探测器前端读出进行了扩展，从而期望能

7、够对于其他基于电荷ASIC研制[R]．中国科学院高能物理研究所电子灵敏、TOT技术等用于电荷测量的ASIC进行学组，20l2．测试，还期望能够完成带有ADC的ASIC芯片[3]魏巍．基于WilkinsonADC的多通道模数转换ASIC的测试。因此，本测试系统插件具有使用方便、的设计与实现[R]．中国科学院高能物理研究所电测试周期短、精度高和通用性强等优点，具有很子学组，2010．强的实用价值。TheDesignoftheGEMDetectorReadoutASIC——GEMROCTestSystemLIDan，YANY

8、ong—hong，CHANGJin—fan，WANGZheng2，WANGWei(1．HunanUniversity，Changsha，HananProvince4113082；2．InstitueofHighPhysics，CA$，Beijing100049)Abstract：rI'l1emaintaskofthisarticl