基于ASIC芯片的硅微条阵列探测器多通道前端电子学模块设计

描述了为兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验系统硅微条阵列探测器而设计的前端电子学模块。该模块采用专用ASIC芯片,可以处理96路能量信号。对前端电子学模块的性能进行了测试,结果表明,该模块在0.1～0.7 V范围内的积分非线性好于0.3%;其电子学分辨好于0.45%,最大串扰小于10%;通道一致性测试结果好于1.3%;在室温下连续工作24 h后,零点峰位最大漂移为1.48 m V。     

τ–粲能区物理及对加速器和探测器设计的要求

基于τ粲能区的物理目标和各物理过程的截面,估计了该能区新一代加速器典型亮度下的事例率和每年运行取得的事例数.指出加速器亮度应优化在ψ″和ψ(4160)之间,峰值亮度决定于探测器触发判选系统、电子学系统及数据获取系统等能处理的最高事例率.     

塑料闪烁体阵列探测器读出ASIC中峰值保持电路的设计

塑料闪烁体阵列探测器(PSD,简称塑闪阵列探测器)的输出信号经过前置放大器和滤波成形电路后输出准高斯波形,利用峰值保持电路可对准高斯波形信号的峰值进行采样和保持,以便后续的电子学系统对其进行进一步的分析。本工作采用180 nm CMOS工艺设计并实现了一款峰值保持电路ASIC芯片,每通道主要由跨导放大器(OTA)、电流镜和充电电容三部分电路组成。实验室电子学功能和性能测试结果表明：峰值保持电路功能良好;输入动态范围为33～940 mV,非线性误差优于0.8%,下垂速率好于8.6μV/μs,峰值探测延迟时间小于35 ns,芯片单通道静态功耗为825μW,达到设计要求。     

τ-粲能区物理及对加速器和探测器设计的要求

基于τ-粲能区的物理目标和各物理过程的截面,估计了该能区新一代加速器典型亮度下的事例率和每年运行取得的事例数. 指出加速器亮度应优化在ψ″和ψ(4160) 之间,峰值亮度决定于探测器触发判选系统、电子学系统及数据获取系统等能处理的最高事例率.     

用于雪崩光电探测器响应度增强的超透镜设计与仿真

超透镜除了可以实现传统透镜的聚焦和成像功能之外,还可通过对超构单元的设计实现对光场偏振、波长和振幅等的多维度操控,由于体积薄、重量轻、成本低、易集成,其在光电子器件领域中开始崭露头角,已经成为当前的研究热点和重要方向。本文采用时域有限差分算法(Finite-difference time-domain,FDTD)设计并优化了基于InGaAs雪崩探测器原位集成的超透镜,同时估算了超透镜的聚焦效率和透射率。仿真结果表明,超透镜将入射光会聚至探测器的光敏区中,透射率达到82.8%,并且在目标焦距150μm、超透镜半径50μm时聚焦效率达到84.89%。为进一步提高透射率,在超透镜表面增加抗反射层(AR Layer)。结果表明,300nm的SiO₂层透射率达到最大值86.6%,250 nm的SiN层透射率达到最大值87.6%,透射率比未增加AR层时分别增加了3.8%和4.8%。最后计算得出集成超透镜的探测器吸收区光场能量比未集成超透镜的探测器吸收区光场能量提升了250.96倍,将极大提升探测器的响应度。本文提出了单片集成超透镜的雪崩探测器设计方案,将雪崩探测器光敏区之外的...     

SOI基高响应度TFET探测器的设计与仿真

提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大.光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转化.陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流,提高TFET探测器的响应度.应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真.光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压,增强了对沟道势垒的控制能力,增大了输出电流,结果表明,探测器对弱光具有较高的响应度,当入射光强小于10 mW/cm^2时,响应度可超过10^4 A/W.此外,通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n^+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度.     

微透镜用于高Tc超导薄膜红外探测器的设计与讨论

通过分析现有的基于在高温超导体超导转变温区的热效应及光子效应的薄膜型器件的结构特 点和光电特性,讨论了利用单片折射型微透镜进行高温超导薄膜红外探测器光电响应性能改 善的可行性,给出了几种典型的可与高温超导薄膜红外探测器耦合的单片面阵硅折射型微透镜阵列的SEM测试结果及主要的几项参数指标。     

高压、高应变率与低压、高应变率实验的本构关联性

 指出Johnson-Cook（J-C）、Zerilli-Armstrong（Z-A）、Bodner-Parton（B-P）本构方程在一定条件下的适用性,表明对于低压、高应变率实验,单一曲线假定似乎可以采用。通过等效应力、等效应变,可以将不同应力状态下的流动应力函数采用统一的方程描述。然而,这些本构方程的确立,并不包括平面冲击波实验。对适合于平面冲击波实验的Steinberg-Cochran-Guinan（SCG）本构方程,讨论了其方程中所包含的高压与高应变率耦合效应。指出,以剪切模量度量的流动应力具有应变率相关性。基于温度效应的新发现以及直接测量平面冲击波流动应力的新进展,分别用J-C本构及SCG本构方程估算了钨材料在高压、高应变率加载下的流动应力。结果表明,采用J-C本构估算的流动应力仅在压力为10 GPa以下才能与实验数据相近,当压力高于10 GPa时,流动应力只能采用SCG本构估算。也指出了高压、高应变率本构方程与低压、高应变率本构方程所对应的不同物理背景。     

基于三维卷积神经网络与超像素分割的高光谱分类

高光谱遥感数据具有详细的地物光谱与空间信息.针对高光谱数据空间信息在以往分类方法中未得到充分利用而导致鲁棒性与分类精度较低的问题,提出了一种改进的超像素分割与三维卷积神经网络分类方法.该方法首先通过超像素分割与模糊聚类对高光谱遥感数据进行区域分割,再使用三维卷积神经网络对得到的区域分割结果与高光谱数据形成的空-谱联合数...     

高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析

设计了一种In P基的背入射台面结构的单行载流子光探测器.通过在吸收层中采取高斯型掺杂界面及引入合适厚度和掺杂浓度的崖层,使得光探测器同时具备了高速和高饱和电流特性.理论分析表明,在光敏面为14μm2、反向偏压为2 V条件下,该器件的3 d B带宽可达58 GHz,直流饱和电流高达158 m A.在大功率光注入条件下,详细分析了光探测器带宽降低和电流饱和现象,得出能带偏移和电场坍塌是其根本原因的结论.     

DHR TDC芯片的性能测试

TDC(time-to-digital converter)作为基于信号甄别和时间数字转换的时间测量技术路线的主要组成部分之一,至今在诸多领域中都具有广泛的应用.本实验室对高精度时间测量TDC ASIC(Application Specific In-tegrated Circuit)进行了深入研究,在180nm CM...     

基于SCA ASIC的高精度时间测量原型电子学设计

基于高速波形数字化实现高精度时间测量是核与粒子物理实验读出电子学中的研究热点。本工作针对高精度时间测量的需求基于实验室自主研发的开关电容阵列(Switched Capacitor Array, SCA)专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)开展16通道集成的时间测量电子学原型的设计,输入信号经过SCA采样和量化后传输至现场可编程逻辑阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA),在FPGA中进行误差修正、时间内插和数字甄别提取出时间信息。目前已在实验室环境下完成此电子学的时间精度测试,测试结果表明,此电子学可以实现好于10 ps RMS(Root Mean Square)的时间精度。     

用于红外探测器的高红外吸收率结构研究进展

高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。     

高通量下GEM探测器高压供电模式研究

GEM探测器的供电一般采用电阻链分压供电模式和多路分立供电模式,在低通量X射线下测量时区别不大,但是在高通量X射线时,电阻链分压供电模式会带来饱和效应引起工作电压的变化,造成探测器工作不稳定。本研究在高通量X 射线照射下,研究了有效面积为100 mm100 mm三层级联GEM探测器的有效增益(稳定性) 与不同高压供电模式的关系。通过测量不同分压电阻值(1, 2, 5 到30 MΩ)的实验研究,发现随着X 射线通量的增加,在电阻链分压供电模式下,出现了GEM探测器感应电极的读出电流饱和趋势,分析了可能导致饱和效应出现的原因。结果表明,当入射X射线在探测器上的有效吸收剂量不断增加时,电阻链供电模式需要调整分压单元电阻值,或者采用多路分立供电模式,从而避免因饱和效应引起的GEM探测器有效增益的变化,实现探测器稳定的工作状态。There are two methods of the HV power supply for the GEM detector. One is a HV channel divided by the resistive chain and the other is the several separate HV channels. In the smaller dose rate of X-ray, all of the methods are similar. When the dose rate increases, the resistive chain-dividing mode has more obvious saturation effect and the working voltage of the GEM detector is unstable. In the paper, a GEM detector with an effective area of 100 mm100 mm has been studied in the high dose rate using X-tube. The unit values in the divider resistance chain are set to 1, 2, 5 and 30 MΩ respectively in the test. With the resistive chain-dividing mode, the readout current of the GEM detector’s anode tends to saturate when the dose rate of X-ray increases,and the reasons of the saturation effect are analyzed. The results indicate that the effective absorbed dose of X-ray by the triple GEMs detector reaches to the pecific value and the divider resistance needs to re-select, even the several separate HV channels mode should be considered. It will keep the constant of the working voltage of the GEM detector without the saturation effect and gain variation and the performance of GEM detector is stable.     

Simulation of Heat Propagation Processes in the Detection Pixel with Superconducting Layers of Single-Photon Thermoelectric Detector

The results of computer simulation of heat propagation processes in the three-layer detection pixel with the superconducting layers of thermoelectric detector after the absorption of single photons energy of 1–1000 eV are presented. We consider the different geometries of the detection pixel consisting of CeB₆ or (La,Ce)B₆ thermoelectric sensor, absorber and heat sink of Nb, Pb or YBCO superconductors. The computations based on the heat conduction equation from the limited volume are carried out by the three-dimensional matrix method for differential equations. It is shown that by changing the materials and dimension of the detection pixel elements, as well as the operating temperature of the detector enables one to obtain the detector to register the photons within the given spectral range, required energy resolution, and counting rate. Such a detector has a number of advantages that allow one to consider the thermoelectric detector as a real alternative to the most promising single photon detectors.     

一种微型高精度PWM温度控制器的设计

在对热电致冷器的驱动原理和特点进行分析的基础上,提出了一种适用于非致冷红外焦平面热成像探测器的高精度微型化PWM温度控制器的设计方案,并对其电路原理与设计进行了详细论述,该设计也适合于在光纤通信用激光模块、光放大器、微型精密黑体以及高性能晶体振荡器等方面的应用。     

彩色有源OLED显示屏上像素仿真及外围驱动电路设计

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)由于高对比度、高亮度、超薄、低功耗、宽视野、快响应速度等特性,日益引起人们的兴趣。通过对部分周边驱动电路集成于衬底的2英寸(5.08cm,64×3×80)有源矩阵显示屏(Active Matrix OLED,AMOLED)上像素驱动电路的仿真,确定彩色OLED显示屏维持白平衡时R、G、B三种OLED所需的驱动电压、电流等工作参数。OLED的发光亮度和电压并不是线性关系,为了维持显示屏的色彩均衡性,对图像数据编码进行校正,保证了灰阶电压与发光亮度呈线性变化。从BMP格式的文件中提取出图像数据部分,进行数据变换,生成符合INTELHEX文件格式并且满足D/A输出要求的数据文件,刻录到E²PROM中,完成外围驱动电路所需要的图像数据准备。AMOLED显示屏采用逐行扫描的显示方式,因此外围驱动电路的目的是要在行、列扫描有效的同时,为每个像素送入相应的灰阶数据。现在,OLED专用驱动芯片比较少见,而液晶驱动芯片具有集成度高,电压输出范围大等优点,尤其是其内部集成了数据移位寄存器、数据锁存器、D/A转换器等电路,所以设计了基于FPGA和TFT-LCD液晶驱动芯片的外围驱动电路,实现了AMOLED显示屏的彩色图像显示。     

Beam test performance of prototype assemblies for the ALICE Silicon Pixel Detector

The silicon pixel detector (SPD) comprises the two innermost layers of the inner tracking system oft he ALICE experiment at LHC. Prototype SPD assemblies have been tested in high-energy proton and pion beams at the CERN SPS. The method used for data analysis and the most relevant results in relation to detector performance are presented. Presented in the Poster Session “Future Experiments and Facilities” at the 18th International Conference “Quark Matter 2005”, Budapest, Hungary, 4–9 August 2005. On behalf of the Silicon Pixel Detector project in the ALICE Collaboration     

用于温差发生器的高精度温度测量与控制系统设计

讨论了用于温差发生器的高精度温度测量与控制的设计与实现。采用PT100铂电阻作为温度传感器,详细推导了非平衡电桥测量非线性的校正公式,采用24位的Σ-Δ型的模数转换器AD7714保证了0.005℃的温度测量分辨率。控温电路采用线性化电流方式,算法上对积分分离PID算法做出改良,并与不完全微分PID算法结合形成一种优化PID算法,能快速、精确的把温差稳定到目标值,控温精度达到0.01℃。     

可调谐高重频高压脉冲驱动模块的设计

设计了一种高重频高压快脉冲驱动模块作用于激光调Q系统。该驱动模块采用零电压准谐振SMPS技术、大功率高速高压固体开关器件多管级联电路、大电流脉冲过驱动技术,获得了频率为1kHz至100kHz可调、高电平0～5000V可调、脉冲宽度0．5肚s、下降沿可达20ns的负脉冲,可靠性强,体积小。