GEM读出ASIC进展报告人：陆卫国单位-Indico.PPT

GEM读出ASIC进展 报告人：陆卫国 单 位：高能所 * 主要内容 16路GEMROC芯片 GEMROC测试结果 基于GEMROC的读出小系统 GEM读出ASIC的进一步研发 * GEMROC芯片 设计目标 计数率：100KHz 等效噪声电荷：2000e 增益：~5mV/fC，可调 线性范围：最大200fC，非线性1％ 输出波形宽度：100ns～1us，可调 功耗： 15mW/ch 通道数：16 芯片结构 在满足需求的前提下，选择了尽可能简单结构（易于实现，可靠性高） 可调节性（增益可调，成形时间可调） 可测试性（信号通路关键节点模拟信号可测） 单通道结构：CSA+带PZC的微分网络+一阶有源滤波器+缓冲器 * GEMROC芯片 版图 面积：2400umX2400um 管脚：17X4=68个PAD 管核 MPW流片，一次50片 芯片封装 LCC68 * 主要内容 16路GEMROC芯片 GEMROC测试结果 基于GEMROC的读出小系统 GEM读出ASIC的进一步研发 * GEMROC电子学测试（樊磊） 功耗测试 流过芯片3.3V电源的电流为55mA 流过芯片2.5V电源的电流为20mA 芯片的功耗约为3.3*55+2.5*20=231.5mW 直流测试 各偏置节点直流电位和仿真值接近 波形测试 刻度电容1pF 信号产生器产生输入脉冲 * 输出端直流电位 偏置部分采用片内电阻 横轴：通道号，纵轴：直流电压 一致性良好，最大相差~30mV * GEMROC的多道测试（樊磊） ORTEC TRUMP-PCI MCA 测得的整体的非线性最大2.8% 噪声ENC在1875e~2500e之间 * GEMROC芯片的探测器联调测试 测试平台 Fe55放射源 100mmX100mm 的GEM探测器 SMA-samtec转换板和测试电路板 示波器 屏蔽盒 输出波形 气体Ar：CO2=90：10 GEM高压分配:330V/320V/320V * GEMROC量测 测试条件 内部偏置电阻 内部刻度电容（200fF） 电源接10uF，0.1uF电容滤波 所有引出的偏置接10nF电容到地 * 问题芯片编号 偏置电位 输入输出电位 输出信号 5 正常 正常 幅度只有200mV 20 正常 偏离较大 无输出信号 24 正常 输入电位偏低 正常 27 正常 输入电位偏低 输出信号形状大小都有问题 测试结果 良率：通过直流电位测试和观测输出波形 约（20-4）/20 = 80% 正常工作的芯片直流电位正常，增益一致性较好 存在问题及解决 直流 小电流支路的偏置不准 不影响芯片的正常工作 增益 较设计值偏大 内部刻度电容不准 调节增益档位适应实际应用 串扰 相邻通道 串扰过大 次相邻通道无串扰 可能原因及解决？ * 输出波形 电子学测试 无输入信号时输出 幅度～40mV 输出串200欧，叠加的小幅振荡消除 主要内容 16路GEMROC芯片 GEMROC测试结果 基于GEMROC的读出小系统 GEM读出ASIC的进一步研发 * 读出小系统方案 方案一：基于现有读出系统基础上的修改，16+16路，独立的放大成形小板代替原系统中前放 方案二：320路放大成形+EMC后端插件，GEM探测器读出板结构将采用添加新的Z向读出来提高系统计数率 方案三：新的小系统，工作模式选择，系统结构规划，与ASIC芯片更好的结合 方案一到方案三：系统的整体结构性能越来越优化，集成度递增，风险和投入递增，实现难度递增 * 小系统初步框图 ADC V M E FPGA 电荷灵敏放大 CRRC成形 增益成型时间可调 GEMROC 探测器读出板 AD转换 数字流水线 寻峰 缓存 Q插件 Test control * 读出小系统进展 16路放大成形电路板（王庆娟） GEMROC芯片+单转差缓冲，电源，刻度电路 与探测器和后端插件的连接接口采用了现有读出系统的标准 320路三维条GEM读出板 * 主要内容 16路GEMROC芯片 GEMROC测试结果 基于GEMROC的读出小系统 GEM读出ASIC的进一步研发 * 基于峰值保持电路的ASIC（吕继方） 整体方案图 前放+整形+峰值保持+读出 * 基于峰值保持电路的ASIC（吕继方） 电路整体仿真与线性 芯片版图和噪声后仿 * PAD型数字读出芯片（吴文欢） 设计目标 该芯片主要用来完成前端电子学功能，根据后续获取架构的不同，可以用在不同的用途 只要有足够的电子学匹配可应用同步辐射或X 射线成像、安检领域 主要是面向软X射线两维位置分辨，具体可用在同步辐射站的衍射和吸收成像等方面 预计指标 通道数：64~128通道(待定) 计数率：~1M Hz 输入电容：~10pF