CN117826232B - 一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，涉及加速器物理实验径迹探测领域，应用于硅径迹探测器，包括靠近硅径迹探测器的探测区域电路、远离硅径迹探测器的后端处理电路，所述探测区域电路、后端处理电路之间由线缆进行信号连接，所述探测区域电路用于接收待测硅径迹探测器的输出信号并进行初步处理，同时监测硅径迹探测器的工作温度；所述后端处理电路用于对接收到的探测信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至计算机，同时为探测区域电路提供所需的控制信号、时钟信息、工作电压。本发明电路有效减少读出电路引入的额外物质量，提高探测效率，从而满足加速器实验的需求。
Description
技术领域
本发明涉及加速器物理实验径迹探测领域，尤其是一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路。
背景技术
加速器实验一直是研究高能物理的最优手段，许多高能物理领域的发现都源于加速器实验。例如，希格斯粒子就是在欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)上发现的。近年来，我国陆续建造了多个加速器实验设施，如北京正负电子对撞机、上海光源和兰州重离子加速器等，为我国的基础物理研究提供了多个强大的实验装置。
加速器实验通常由多个探测器组合构成，以测量待探测粒子的径迹、能量等关键信息。在这些探测器中，径迹探测系统是至关重要的部分。随着半导体工艺技术的不断成熟，半导体探测器也得到了快速发展。作为最常用的半导体材料之一，基于硅材料的探测器具有诸多优点，如位置分辨好、能量分辨高、线性范围宽和响应时间快等。因此，它们广泛应用于粒子物理、核物理、天体物理、核医学和安全检测等领域。因此，硅径迹探测器正逐步成为加速器实验中是不可或缺的关键组成部分之一。
加速器实验往往要求硅径迹探测器在高辐射强度的恶劣环境下工作，这对硅径迹探测器及其读出电路的设计提出了严格要求，例如高抗辐射性能和低物质量等。传统的读出电路通常靠近硅径迹探测器放置，整体结构的物质量较高，因此很难满足加速器实验的整体需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，应用于硅径迹探测器，包括靠近硅径迹探测器的探测区域电路、远离硅径迹探测器的后端处理电路，所述探测区域电路、后端处理电路之间由线缆进行信号连接，所述探测区域电路用于接收待测硅径迹探测器的输出信号并进行初步处理，同时监测硅径迹探测器的工作温度；所述后端处理电路用于对接收到的探测信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至计算机，同时为探测区域电路提供所需的控制信号、时钟信息、工作电压。
上述的一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，所述探测区域电路采用柔性电路板，所述探测区域电路厚度小于300μm。
上述的一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，所述探测区域电路的输入管脚与硅径迹探测器输出端连接。
上述的一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，所述探测区域电路集成模拟信号处理ASIC芯片、温度传感器芯片。
上述的一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，所述后端处理电路集成了模数转换芯片、现场可编程门阵列、线性电源。
上述的一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，所述现场可编程门阵列包括控制模块、指令解析模块、数据接收模块、数据采集模块、数据缓存模块、数据发送模块。
本发明的有益效果是，本发明电路有效减少读出电路引入的额外物质量，提高探测效率，从而满足加速器实验的需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1：本发明实施例硅径迹圆盘探测器示意图；
图2：本发明硅径迹探测器单个探测模块示意图；
图3：本发明分布式读出电路结构框图；
图4：本发明后端处理电路逻辑框图。
其中，1.束流管，2.定制线缆，3.探测区域电路，4.圆盘探测器，5.温度传感器，6.连接器，7.后端处理电路。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
本实施例为加速器实验中硅径迹探测器发明了一套低物质量的分布式读出电路。加速器实验中硅径迹探测器多为圆盘探测器，其中束流管1从圆心处穿过，如图1所示。每个圆盘探测器由多个探测模块构成，这些探测模块多为扇形，为了增加探测效率，每个探测模块的探测器可分为两部分，靠近圆心的内部模块和远离圆心的外部模块，如图2所示。本实施例公开的分布式电路包括探测区域电路3、后端处理电路7及定制线缆2，探测区域电路3靠近后端处理电路一端及后端处理电路靠近探测区域电路一端均设置有连接器6，定制线缆2通过连接器6将探测区域电路和后端处理电路信号连接，如图3所示。
探测区域电路3紧靠圆盘探测器4放置，距离束流管较近，需考虑物质量和抗辐射等要求。探测区域电路采用柔性板设计，放置于圆盘探测器4下方，通过打线的方式将圆盘探测器输出信号与探测区域电路的输入管脚连接。探测区域电路主要负责接收待测硅径迹探测器的输出信号，并进行初步处理，同时集成温度传感器5信号用于硅径迹探测器的工作温度监控，从而判断探测器的工作状态。因此，探测区域电路集成了模拟信号处理ASIC芯片、温度传感器5等。为了降低探测区域的物质量，探测区域电路采用柔性板设计，基材为聚酰亚胺，电路厚度在300μm以内。
后端处理电路7则可远离束流管及探测器放置，因此对物质量和抗辐射等要求较低，可使用较为复杂的电路结构。后端处理电路则负责对接收到的探测信号进行模数转换，并将其以一定的格式打包并发送至计算机，同时为探测区域电路提供所需的控制信号、时钟信息和工作电压等。后端处理电路主要集成了模数转换芯片（Analog to DigitalConverter，ADC）、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）和线性电源等。其中，线性电源负责为读出系统中所有芯片提供必需的低压工作电源；ADC芯片采用ADI公司的AD9259芯片，AD9259芯片是一款4通道、50MHz、14bit的ADC芯片，2片AD9259芯片可对前端读出板中8片ASIC芯片读出的模拟差分信号进行模数转换；转换后的数字信号则由FPGA芯片进行数据处理、存储和传输。FPGA芯片则采用Xilinx公司的K7系列芯片。
如图4所示，计算机发送的指令帧由后端处理电路的数据接收模块接受，并发送至指令解析模块进行解析。在指令解析模块中，指令帧将被检查帧头帧尾和校验位等，确认无误后将其中的有效信息发送至控制模块。根据有效信息携带的具体数值，控制模块可按照要求对ASIC芯片和ADC芯片等进行配置；或者驱动ADC芯片进行数据采集，采集到的数字信号将按照一定格式组成数据帧，由FPGA芯片进行数据缓存，并根据控制模块的要求和数据缓存的状态向计算机传输有效数据。同时，根据探测区域电路传输的温度信息判断硅径迹探测器工作状态，发现异常及时提出警告等。
探测区域电路和后端处理电路之间则由定制线缆进行信号传输，由于探测区域电路集成了探测器信号、控制信号和电压信号等，因此定制线缆需考虑不同种类信号的差别，从而针对性地完成传输线缆的设计。
本发明提出的低物质量的分布式读出电路满足加速器实验中硅径迹探测器的读出需求，符合低物质量的物理要求，适用于加速器实验中硅径迹探测器的读出。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种面向加速器实验的低物质量分布式读出电路，其特征在于，应用于硅径迹探测器，所述硅径迹探测器为圆盘探测器，所述圆盘探测器圆心处设置有穿过圆心的束流管；所述圆盘探测器由多个探测模块构成，每个所述探测模块的探测器包括靠近圆心的内部模块和远离圆心的外部模块；
所述读出电路包括靠近硅径迹探测器的探测区域电路、远离硅径迹探测器的后端处理电路，所述探测区域电路紧靠圆盘探测器，放置于圆盘探测器下方，所述探测区域电路、后端处理电路之间由线缆进行信号连接，所述探测区域电路用于接收待测硅径迹探测器的输出信号并进行初步处理，同时监测硅径迹探测器的工作温度；所述后端处理电路用于对接收到的探测信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至计算机，同时为探测区域电路提供所需的控制信号、时钟信息、工作电压；
所述探测区域电路采用柔性电路板，基材为聚酰亚胺，所述探测区域电路厚度小于300μm；
所述后端处理电路集成了模数转换芯片、现场可编程门阵列、线性电源；
所述现场可编程门阵列包括控制模块、指令解析模块、数据接收模块、数据采集模块、数据缓存模块、数据发送模块；
所述探测区域电路集成模拟信号处理ASIC芯片、温度传感器芯片；
所述探测区域电路的输入管脚与硅径迹探测器输出端连接，通过打线的方式将探测器输出信号与探测区域电路的输入管脚连接。
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN211955845U (zh) * | 2020-01-06 | 2020-11-17 | 清华大学 | 一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712949A (ja) * | 1993-06-28 | 1995-01-17 | Toshiba Corp | 粒子軌跡検出装置 |
| CN102608650B (zh) * | 2012-02-14 | 2015-01-21 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种探测氘粒子束流分布的方法 |
| CN105549103B (zh) * | 2016-01-22 | 2018-11-16 | 清华大学 | 基于宇宙射线的检查运动对象的方法、装置及系统 |
| EP3769129A4 (en) * | 2019-03-21 | 2021-11-24 | Schouten, Douglas, William | SYSTEM FOR DETECTING DRIFT TUBE HOLE HOLE MYON, DEVICE AND METHOD FOR MYON RADIOGRAPHY AND TOMOGRAPHY |
| CN112649833B (zh) * | 2020-09-27 | 2023-02-17 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种硅微条探测器读出电路及读出方法 |
| JP2023021499A (ja) * | 2021-08-02 | 2023-02-14 | 株式会社東芝 | 荷電粒子軌跡測定装置及び方法 |
| CN113794449B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-02-02 | 西北工业大学 | 一种静态功耗自动配置的低功耗前端读出电路及设计方法 |
| CN115291272A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-11-04 | 中国科学院国家空间科学中心 | 基于硅探测器模块的小型化星载高能粒子探测装置及方法 |
-
2024
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN211955845U (zh) * | 2020-01-06 | 2020-11-17 | 清华大学 | 一种基于环保密封型多气隙阻性板室缪子成像系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PandaX-Ⅲ实验前端读出电子学方法研究;董家宁;《基础科学》;20170915;44-49 * |
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