高能物理中的电子学

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1、高能物理中的电子学与BESIII中科院高能物理研究所王铮高能物理中的电子学与BESIII•国外发展动态–CDFSVX电子学–CMS硅微条探测器电子学•我们目前的研究项目–大亚湾中微子实验读出电子学 –BESIII读出电子学高能物理中的电子学与BESIII2高能物理中的电子学发展动态•粒子物理与核物理、天体物理实验的高性能要求使得探测器的规模越来越大，探测器种类、探测 单元的数量越来越多，从而对获取实验中探测器 数据与信息的电子学系统的需求越来越高，传统 的模拟电路技术、数字电路技术已不再适应日益 高速发展的需求•高分辨、高精度、高速度、多通道专用集成电路 （ASIC）已经成为影响实验系统品质

2、的关键技术，其研究也已成为该领域研究的核心内容之一。高能物理中的电子学与BESIII3高能物理中的电子学与BESIII4高能物理中的电子学与BESIII5高能物理中的电子学与BESIII61.3m9mmx6mm128channelpipelined 53MHz8bitFlashADC高能物理中的电子学与BESIII7高能物理中的电子学与BESIII8高能物理中的电子学与BESIII9高能物理中的电子学与BESIII10国内现状•在以中科院计算所、清华大学信息科学技术学院、 北京大学微电子学研究所等为代表的专用集成电 路研究单位在专用集成研究方面已经取得了一定 的成果，带动了国内集成电路研究的

3、发展。•国内的研究还是偏重于纯数字高性能芯片方面， 而对于比较特殊的集成电路需求，比如在天体物 理、核物理及同步辐射应用等特定环境下所需的 低噪声前端放大电路、多通道模数转换、高性能 的时间-数字转换器等方面的研究还比较欠缺，甚 至空缺。•我们正在着手开展这方面的研究高能物理中的电子学与BESIII11大亚湾中微子实验读出电子学•Designrequirements–Charge–Time•OurScheme•Currentstatus•Verypreliminaryspecifications高能物理中的电子学与BESIII12Chargemeasurement•dynamicrange:

4、1~500p.e.–50p.e/PMTisthemaximumforaneutrinoevent–~200p.e.forthrough-goingmuons •resolution:10%@1p.e. •noise:<0.1p.e.•shapingsignalwidth:<1µs•totalenergybythesumofallPMTsignalswithinatimewindowof~100nsPeakValue~PMToutputchargePMT1ChargeSensitiveAmpifierCR-RC-RCshapingFlashADCFPGA10pF高能物理中的电子学与BESIII

5、13Timemeasurement•tomeasurethearrivingtimeofPMTsignal,todeterminetheeventtime•toreconstructtheeventvertextorejectbackgroundsandstudysystematics•dynamicrange:0~500ns•resolution:<1nsusinghighperformanceFPGAL1trigger•Timebin:1.5625ns•TheoreticalRMS:PMT110nswidthstopstartTDCAmp.hitDisc.thresholdhighspe

6、edgreycodecounter(640MHz) ¼p.e.高能物理中的电子学与BESIII14ReadoutelectronicsystemPMT1ReadoutModule(VME)EnergysumPMT16CentralTrigger(VME)L1TriggerReadoutModule(VME)EnergysumPMT150高能物理中的电子学与BESIII15ReadoutmodulediagramX16SinglechannelmacroinFPGA40MHzClock(LVPECL)resol.:0.5nsstopL1Trigger(LVPECL)TDCtimestart10

7、nswidthTestinputAmp.thresholdDisc.DATABUFFERToVMEbus10pFFromPMTDAC AD8132L1+-AD8065200nswidth<1µswidth-5V50ΩHighspeedAmp.50Ω+-10KΩ2RCRC=100nsAD921510bit/40MSPSFlashADC10bitPipelinechargeVMEinterfaceFPGA10pF