北京谱仪_BES_飞行时间探测器中的前置放大器.pdfVIP

第30 卷 第8 期 核 技 术 Vol. 30, No.8 2007 年8 月 NUCLEAR TECHNIQUES August 2007 北京谱仪(BES III)飞行时间探测器中的前置放大器 冼 泽 刘树彬 安 琪 （中国科学技术大学近代物理系快电子学实验室 合肥 230026 ） 摘要 本文以BES III 的TOF 探测器中的前置放大器为主要内容，详细介绍了该前放的设计理念、结构特点、 性能参数及测试实验等方面的内容。论文着重讨论了该前放高增益高带宽，差分输出的设计特点以及对放大 器参数的测试实验和老化实验。 关键词 BES III ，飞行时间，前置放大器，高速模拟放大器 中图分类号 TN722.7+1, O572.21+3 目前正在进行的北京正负电子对撞机(BEPC) 利性，以及芯片的性价比，我们选择了美国Analog 以及配套的探测器系统-北京谱仪(BES)重大升级改 Device 公司的两种运算放大器芯片：AD8099 用于 进工程(BEPCII/BES III) 中，飞行时间(Time of 输入级放大，全差分放大器AD8131 则用于输出级 flight，简称TOF)探测器将扮演重要角色。TOF 读 驱动。 -1/2 出电子学系统是BES III 电子学系统中难度较大的 AD8099 是一种具有极低的噪声(0.95nV(Hz) ) 一个子系统，要求所有448 通道的读出电子学系统 的电压反馈型集成运算放大器。AD8099 的输入级 的电子学时间分辨为25ps ，系当今TOF 读出电子 线性度高、噪声低，有利于增加器件在低增益时的 [1] 学系统中要求最高的时间分辨指标 。 全功率带宽(FPBW) 。通过外部补偿，在增益为+10 [2] 由于强磁场和长距离传输对信号幅度造成很大 的情况下，仍可得到550MHz 的带宽 。 的损失，在TOF 读出电子学系统中，高性能的快前 AD8131 是一个增益固定为2 倍的全差分高速 置放大器(Pre-Amplifier)必不能缺少，其功能是放大 放大器，具有2000V/μs 的输出信号摆率，400MHz 来自TOF 快光电倍增管(PMT)的输出快脉冲信号， 的全功率带宽。AD8131 具有独特的内部反馈网络， 在不影响其快时间响应特性的前提下，尽量提高输 在10MHz和100MHz 时可分别提供－60dB 和－40dB 出快脉冲信号的信噪比和信号摆率，以保证TOF 读 的增益和相位匹配误差，尤宜于单端到差分信号转 [3] 出电子学25ps 的时间分辨指标。 换的场合 。 此 TOF 前置放大器设计利用了当前集成运放 图1 是TOF 前置放大器的电原理图，采用两级 的必威体育精装版技术，吸收和借鉴了国际物理实验TOF 电子 放大结构和全差分输出形式。D1 是一个快开关二极 学必威体育精装版的技术和设计理念，采用两级放大结构和全 管对管，与电阻 R1 一起构成脉冲保护电路。运算 差分输出形式，合理分配增益，具有低噪声、高带 放大器 AD8099