一種用于氣體探測(cè)器的讀出asic芯片以及氣體探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片以及氣體探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在高能物理的粒子探測(cè)應(yīng)用中，微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器(Micro-Pattern GasDetector，簡(jiǎn)稱MPGD)被廣泛應(yīng)用。幾種重要的微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器都是首先由歐洲核子中心提出，如GEM(Gas Electron Multiplier^PMicroMegas(Mic;ro Mesh Gaseous detector),并且已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，已開始運(yùn)行的世界最高能量的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)LHC上的四個(gè)大型實(shí)驗(yàn):ALICE、LHCb、ATLAS、CMS，都分別選用了 MicroMegas和GEM這類微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器，以適應(yīng)LHC升級(jí)后的更高亮度需求。
[0003]在氣體探測(cè)器的讀出系統(tǒng)方面，探測(cè)器面積及規(guī)模的增大，其信號(hào)通道也逐漸增多。現(xiàn)有的氣體探測(cè)器的電子學(xué)讀出系統(tǒng)，由分立元件組成，總的電子學(xué)路數(shù)達(dá)到數(shù)百路，占用的體積相當(dāng)龐大，其在面積、功耗、便攜性等方面已經(jīng)不能滿足新型氣體探測(cè)器日益密集化的讀出要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片以及氣體探測(cè)器，其目的在于解決現(xiàn)有的氣體探測(cè)器的電子學(xué)讀出系統(tǒng)，由分立元件組成，總的電子學(xué)路數(shù)達(dá)到數(shù)百路，占用的體積相當(dāng)龐大，其在面積、功耗、便攜性等方面已經(jīng)不能滿足新型氣體探測(cè)器日益密集化的讀出要求的問題。
[0005]本發(fā)明的一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片，包括:至少一讀出通道，該讀出通道包括:電荷靈敏放大模塊，用于接收氣體探測(cè)器產(chǎn)生的電荷信號(hào)，并將該電荷信號(hào)放大；線性放電模塊，用于對(duì)放大后的該電荷信號(hào)進(jìn)行積分，并進(jìn)行線性放電；以及過閾時(shí)間測(cè)量模塊，用于接收該線性放電模塊的放電信號(hào)的電壓，并進(jìn)行電壓甄別，以得到該放電信號(hào)的脈寬與氣體探測(cè)器產(chǎn)生的電荷信號(hào)的電荷量相關(guān)的數(shù)字信號(hào)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，過閾時(shí)間測(cè)量模塊包括:甄別器，用于判斷該線性放電模塊的放電信號(hào)的電壓的大小是否大于一定電壓甄別閾值，如果大于該電壓甄別閾值則該甄別器輸出高電平信號(hào)，否則，輸出低電平信號(hào)；閾值調(diào)節(jié)器，用于向該甄別器提供該電壓甄別閾值。
[0007]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，該高電平信號(hào)的上升沿表示放電時(shí)間的起點(diǎn)，以該高電平信號(hào)的寬度，確定該探測(cè)器的輸出信號(hào)的電荷量。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，還包括:電流放大模塊，該電流放大模塊分別與該電荷靈敏放大模塊以及該線性放電模塊連接，用于將該電荷靈敏放大模塊輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給該線性放電模塊。
[0009]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，該線性放電模塊包括積分電路以及線性放電電路，線性放電電路連接該積分電路的兩端，該線性放電電路包括放電電容以及MOS管開關(guān)；該電流放大模塊包括電流鏡電路，該電流鏡電路具有第一輸入端以及第二輸入端，第二輸入端的電流是第一輸入端電流的k倍,其中k為正整數(shù)，該電荷靈敏放大模塊的輸出端連接該電流鏡電路的第一輸入端，該積分電路的輸入端連接該電流鏡電路的第二輸入端。
[0010]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，該線性放電模塊包括積分電路以及線性放電電路，線性放電電路連接該積分電路的兩端，該線性放電電路包括放電電容以及MOS管開關(guān)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，還包括:刻度電路模塊，用于輸送一定的電荷信號(hào)至該電荷靈敏放大模塊。
[0012]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，還包括:偏置電壓提供模塊，用于向該至少一讀出通道提供偏置電壓。
[0013]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，還包括:數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收該過閾時(shí)間測(cè)量模塊輸出的數(shù)字信號(hào)，以根據(jù)該數(shù)字信號(hào)確定該探測(cè)器的輸出信號(hào)的電荷量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，多個(gè)該讀出通道共用一個(gè)刻度信號(hào)和控制信號(hào)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明一種用于氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一實(shí)施例，其中，，還包括測(cè)試信號(hào)讀出選通模塊，用于選通各該讀出通道的測(cè)試輸出信號(hào)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種氣體探測(cè)器，包括上述任一種氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片。
[0017]綜上，本發(fā)明的氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)電荷測(cè)量和時(shí)間測(cè)量，對(duì)輸入電荷信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)放大/傳輸，再經(jīng)過線性放電處理，以及甄別器甄別，得到輸入信號(hào)放電時(shí)間的一個(gè)脈沖信號(hào)，通過對(duì)這個(gè)脈沖信號(hào)的處理，獲得輸入電荷量的信息，從而達(dá)到對(duì)入射信號(hào)能量和位置信息的探測(cè)。滿足粒子探測(cè)實(shí)驗(yàn)高計(jì)數(shù)率、較好的空間分辨和較高的時(shí)間分辨的要求，同時(shí)完成了新型氣體探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用化和小型化。
【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一讀出通道的模塊圖；
[0019]圖2所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的另一讀出通道的模塊圖；
[0020]圖3所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的再一讀出通道的模塊圖；
[0021]圖4所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的又一讀出通道的模塊圖；
[0022]圖5所示為圖3所對(duì)應(yīng)的電路示意圖；
[0023]圖6所示為線性放電電路所對(duì)應(yīng)的電路示意圖；
[0024]圖7所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的多讀出通道的模塊圖。
[0025]圖8所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一讀出通道的信號(hào)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的一讀出通道的模塊圖，如圖1所示，本實(shí)施例的氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片，包括:至少一讀出通道I。本實(shí)施例僅以一個(gè)讀出通道I為例，讀出通道I包括:電荷靈敏放大模塊10，線性放電模塊11以及過閾時(shí)間測(cè)量模塊12。
[0027]參考圖1，電荷靈敏放大模塊10用于自接口 101接收氣體探測(cè)器(未圖示)產(chǎn)生的電荷信號(hào)，并將該電荷信號(hào)放大。線性放電模塊11接收電荷靈敏放大模塊10的電荷信號(hào)，并對(duì)放大后的電荷信號(hào)進(jìn)行積分，并當(dāng)輸入電量超過一定的電壓甄別閾值時(shí)，向過閾時(shí)間測(cè)量模塊進(jìn)行線性放電。過閾時(shí)間測(cè)量模塊12獲得線性放電模塊11的線性放電的電壓信號(hào)，并將線性放電的電壓大小與一定電壓甄別閾值進(jìn)行比較，當(dāng)線性放電的電壓大于一定電壓甄別閾值，則過閾時(shí)間測(cè)量模塊12輸出一信號(hào)給外部的計(jì)時(shí)設(shè)備(未圖示)，外部的計(jì)時(shí)設(shè)備以過閾時(shí)間測(cè)量模塊12輸出的信號(hào)的時(shí)間上升沿代表氣體探測(cè)器輸入的入射信號(hào)的起始點(diǎn)，并對(duì)過閾時(shí)間測(cè)量模塊12輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，并得到過閾時(shí)間測(cè)量模塊12輸出的信號(hào)的時(shí)間寬度信息，并以過閾時(shí)間測(cè)量模塊12輸出的數(shù)字信號(hào)的前沿時(shí)刻代表信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，輸出的數(shù)字信號(hào)的時(shí)間寬度代表氣體探測(cè)器輸出的電荷量。
[0028]圖2所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的另一讀出通道的模塊圖，參考圖2，本實(shí)施例的讀出通道I進(jìn)一步包括一電流放大模塊13。電流放大模塊13別與電荷靈敏放大模塊10以及線性放電模塊11連接。電流放大模塊13用于將電荷靈敏放大模塊10的電荷信號(hào)進(jìn)行二次放大，并輸出給線性放電模塊11。
[0029]圖3所示為本發(fā)明氣體探測(cè)器的讀出ASIC芯片的再一讀出通道的模塊圖，參考圖3，本實(shí)施例的讀出通道I的過閾時(shí)間測(cè)量模塊12包括甄別器121以及閾值調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器122。電壓甄別閾值可以是人工進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)施例的閾值調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器122，將設(shè)定的一數(shù)字形式的電壓甄別閾值轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，以用于提供給甄別器121進(jìn)行過閾甄別。甄別器121將線性放電模塊11輸出的線性放電的電壓進(jìn)行過閾甄別，判