分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-04-19
摘要: 为满足高能物理实验对基本粒子检测和分析的需求,现代像素探测器研发日益趋向追求低功耗、高分辨率、高读出效率的性能要求。本文研究了一款名为IMPix-N1的硅像素探测器数模混合读出芯片,像素阵列由16行×16列像素单元构成,每个像素单元面积为100μm×100μm,像素阵列部分以1行×8列的像素单元为一个超级像素,其具有共同的逻辑电路进行控制。芯片具有像素配置模式和三种像素地址读出方式的工作模式,实现了对击中粒子时间、能量及位置信息的测量、存储及读出。时间数字转换电路(TDC)可以同时测量和记录粒子的到达时间 TOA 和过阈时间 TOT,时间测量精度为5ns。IMPix-N1适用于要求高时间、空间分辨率以及快速数据获取能力的粒子探测实验。在TSMC 180 nm工艺下,芯片整体使用digital-on-top的方法进行设计。本设计对像素单元数字电路、超级像素控制电路和外围数字电路进行仿真验证,前后仿真结果一致,满足设计要求。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-01-22
摘要: 本文在UMC55nm CMOS工艺下,实现了一款10GHz高速输出、低功耗的高性能电荷泵锁相环设计,可以为粒子物理实验中数据传输系统提供高频差分时钟脉冲。设计了一种双支路通路电荷泵,通过引入运算放大器、虚拟管等措施抑制非理想因素对电路造成的影响。设计了高速、低功耗的64分频电路将锁相环输出的10 GHz差分时钟转化成156.25MHz的单端时钟。设计了采用了互补交叉耦合结构的LC压控振荡器,使其在快速起振的同时又具有较小的相位噪声。仿真结果表明,在经典工艺角下VCO在1MHz频偏处的相位噪声为-104.14dBc/Hz。PLL在500ns完成锁定,功耗22.34mW,峰峰值抖动为6.59ps。
分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2023-06-15
摘要: 在核物理和粒子物理实验中,顶点和径迹探测器主要用于获取对撞粒子的位置、能量、时间等信息。近年来,单片有源像素传感器(MAPS, Monolithic Active Pixel Sensor)在探测器领域引起了广泛关注。基于单片有源像素传感器技术,将设计一款名为Nupix-H2的芯片,该芯片采用国产130 nm CMOS工艺,像素阵列大小为128行128列,单个像素面积为22 m 22 m,采用Rolling Shutter的读出方式逐行扫描,按列依次输出每个像素单元的信息,扫描频率为40 MHz。为了验证该芯片的可行性,本文设计了一个1行16列的测试阵列Nupix-H2-,该像素阵列的能量信息通过电荷灵敏放大器读出,时间信息则通过计数器计量,系统可实现自动复位。仿真结果表明,该像素阵列的ENC小于30 e-,能量分辨率约为5%,时间分辨小于25 ns。
分类: 天文学 >> 天文仪器与技术 提交时间: 2022-03-15
摘要: 高能伽马射线探测是研究极端天体物理的主要途径之一.空间高能伽马射线探测具有覆盖波段宽、时间连续性好、能量分辨率高等突出优势.在成功研发并运行我国首颗天文卫星悟空号的基础上,紫金山天文台联合国内的多家单位提议研制甚大面积伽马射线空间望远镜(Very Large Area gamma-ray Space Telescope;VLAST),该望远镜在GeV-TeV能段接受度高达10 m2sr,并具有强的MeV-GeV波段探测能力,其综合性能预期比费米卫星的大面积伽马望远镜(Fermi Large Area Telescope;Fermi-LAT)提升10倍之上.本文重点介绍VLAST的主要科学目标,探测器的初步配置及预期性能指标.