基于TDC的气体探测器电子学读出设计

发布时间：2020-05-31 21:17

【摘要】：在核物理与粒子物理实验中,时间是重要的物理量之一,时间信息的测量也是核电子学测量当中最重要的测量之一。入射粒子在穿过探测器时,损失能量,与探测器中的物质发生电离、激发、光电转换、核反应等,产生带电离子对,并在电场的作用下,漂移到收集极,产生的信号最后由前端电子学处理。能谱分析系统和时间分析系统容易通过电荷测量与时间测量,可以分析得到入射粒子的电荷量、数量、种类、质量、动量等信息,从而为分析粒子特性、内部结构、甄别提供实验依据。其中高精确性时间测量对于获取所需的物理信息及正确反映物质运动的规律具有十分重要的作用。通过时间测量,可以用来获取粒子的信息。常用的气体探测器广泛应用于高能物理、核物理、医学物理等多种探测领域,常用来测量粒子的径迹与能量损失。采用基于TOT技术的ASIC芯片SFE16,输入信号经过SFE16的电荷灵敏前置放大、极零相消电路、滤波成形电路、放大甄别输出一个具有一定宽度的脉冲电平信号,使用高时间分辨、高精度的TDC电子学对输出信号进行时间测量。利用时间间隔的测量完成对电荷的测量及时间的测量,这样简化了系统的结构,便于维护维修。在系统设计过程中,分析各种时间测量技术的优缺点,选择了低成本、电路结构简单、通用性强的TDC芯片完成32通道的电荷及飞行时间测量,完成了时间精度好于55ps,非线性好于1LSB的时间数字转换模块电路。测量电路具有较高的电子学性能,低成本,通用性强,便携式,具有大的测量量程,模块电路适用于多种气体探测器上。文章最后,对基于FPGA的TDC进行了初步的设计与测试。采用FPGA设计的TDC具有高时间分辨,可根据需求设计多通道数,成本低等优点,通过多边沿采样的方法可以提高时间精度。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL82

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本文编号：2690468