基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计
发布时间：2021-04-13 02:46
微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
面向MPGD的通用读出电子学系统框架
MICROROC(MICRO mesh gaseous structure readout chip)芯片由法国Omega小组于2010年设计[11]。每块MICROROC芯片可完成64路半数字通道读出,动态范围为1～500 fC。基于MICROROC的前端模块设计如图2所示[12]。其前端与探测器相连的接口采用80针、50 mil(1 mil=0.025 4 mm)间距的ERNI-154744连接器,以实现高密度读出。每个模块集成4片MICROROC芯片共256通道用于探测器信号读出,最大数据率为20 Mb/s。其与GBT板之间采用RJ45电传输,由3对传输速率为160 Mb/s的差分线组成,包括由GBT板传输的1路时钟、1路数据,以及发送到GBT板的1路数据。前端模块主控芯片为Xilinx A7 FPGA,完成整个模块的系统控制。噪声水平是衡量电子学性能的重要指标。本文采用S型曲线测试得到的MICROROC通道噪声如图3所示,其中横坐标是噪声水平,纵坐标是落在该噪声范围内的通道数。结果表明,大部分通道噪声不超过0.2 fC,满足MPGD读出需求。
AGET(ASIC for general electronics for time projection chambers,面向时间投影室的通用ASIC芯片)由法国Scalay实验室在AFTER芯片的基础上研制而成[13]。每块AGET可完成64通道模拟信号采集,每路电子学通道前端集成了电荷灵敏放大器(CSA)、滤波成形电路、由512个开关电容构成的环形存储阵列以及甄别触发电路。图4为基于AGET的前端模块设计框图,每个前端模块集成4片AGET芯片,可完成256路电子学通道的读出[14]。探测器信号经AGET芯片完成波形采样后,由ADC芯片AD9522完成波形数字化。前端模块与GBT板之间采用光纤传输,链路速率为400 Mb/s,其中有效数据率为200 Mb/s。基于AGET的前端模块将光纤链路恢复出的时钟作为系统时钟,从而实现与GBT板时钟同步。该模块主控芯片为Xilinx A7 FPGA。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A novel method of encoded multiplexing readout for micro-pattern gas detectors[J]. 祁宾祥,刘树彬,蓟衡,沈仲弢,马思源,刘宏邦,黄文谦,安琪. Chinese Physics C. 2016(05)
本文编号：3134470
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
面向MPGD的通用读出电子学系统框架
MICROROC(MICRO mesh gaseous structure readout chip)芯片由法国Omega小组于2010年设计[11]。每块MICROROC芯片可完成64路半数字通道读出,动态范围为1～500 fC。基于MICROROC的前端模块设计如图2所示[12]。其前端与探测器相连的接口采用80针、50 mil(1 mil=0.025 4 mm)间距的ERNI-154744连接器,以实现高密度读出。每个模块集成4片MICROROC芯片共256通道用于探测器信号读出,最大数据率为20 Mb/s。其与GBT板之间采用RJ45电传输,由3对传输速率为160 Mb/s的差分线组成,包括由GBT板传输的1路时钟、1路数据,以及发送到GBT板的1路数据。前端模块主控芯片为Xilinx A7 FPGA,完成整个模块的系统控制。噪声水平是衡量电子学性能的重要指标。本文采用S型曲线测试得到的MICROROC通道噪声如图3所示,其中横坐标是噪声水平,纵坐标是落在该噪声范围内的通道数。结果表明,大部分通道噪声不超过0.2 fC,满足MPGD读出需求。
AGET(ASIC for general electronics for time projection chambers,面向时间投影室的通用ASIC芯片)由法国Scalay实验室在AFTER芯片的基础上研制而成[13]。每块AGET可完成64通道模拟信号采集,每路电子学通道前端集成了电荷灵敏放大器(CSA)、滤波成形电路、由512个开关电容构成的环形存储阵列以及甄别触发电路。图4为基于AGET的前端模块设计框图,每个前端模块集成4片AGET芯片,可完成256路电子学通道的读出[14]。探测器信号经AGET芯片完成波形采样后,由ADC芯片AD9522完成波形数字化。前端模块与GBT板之间采用光纤传输,链路速率为400 Mb/s,其中有效数据率为200 Mb/s。基于AGET的前端模块将光纤链路恢复出的时钟作为系统时钟,从而实现与GBT板时钟同步。该模块主控芯片为Xilinx A7 FPGA。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A novel method of encoded multiplexing readout for micro-pattern gas detectors[J]. 祁宾祥,刘树彬,蓟衡,沈仲弢,马思源,刘宏邦,黄文谦,安琪. Chinese Physics C. 2016(05)
本文编号：3134470
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3134470.html
