多阳极光电倍增管四通道抗辐射读出芯片研制

近几年来，国际上先进核探测器中高密度集成电子学已经成为主流，这是物理实验要求和电子学自身发展相结合的必然结果。国内此领域还处于相对空白，严重落后于世界先进水平。本项目研究试图弥补这一空白，甚至在某些性能上赶超国外设计。项目的具体目标是研制能直接将探测器模拟信号采集成数字信号的多阳极光电倍增管多通道抗辐射读出芯片。所采用的主要结构是：采用低噪声前放和滤波成形电路形成峰值代表电荷量的准高斯型脉冲，峰值保持电路在触发电路控制下记录下峰值模拟电压信号，然后按次序送入片内ADC进行模数变换，送出数字信号；数字单元具有抗辐射能力。通过此芯片研制，除了得到一定数量的芯片供实际使用外，还能系统掌握多通道核探测器前端读出芯片设计方法，掌握有效的抗辐射数字集成电路设计方法，为以后更多通道的读出电路设计作准备。本项目有广泛的应用前景，可以很好满足高能物理实验中基于各种光电倍增管实验前端模拟数据读出的要求。

本研究采用0.35um CMOS集成电路工艺，设计六通道粒子探测器通用读出芯片。首先完成了芯片中分立模块的设计与测试。包括电荷灵敏前置放大器，CR-RC4滤波成形电路（主放），峰值探测与保持电路，10位逐次逼近型模数转换器，模拟输出缓冲模块，抗单粒子辐射效应的D触发器等。这些模块可相互配合使用，也可分立使用。将分立模块结合起来，设计出功能全面，各种粒子探测器通用的六通道完整芯片。不仅具有完善的前放-滤波成形-峰值保持电路，且具有极为方便的稀疏（杂散）读出控制功能，大大减小读出死时间，这在国内属于首创。可以灵活适用于多阳极光电倍增管，气体电子倍增器，半导体探测器等多种粒子探测器各种极性信号的读出。测试结果证明，本芯片设计合理，性能优秀。项目后期对此芯片做了一些推广，基于本芯片的设计已经准备应用于一些国家重大项目，如中国科学院空间科学先导专项——X射线时变与偏振卫星（XTP）等。有助于这些项目更快取得一些重大科学成果及经济效益。在基金的支持下，培养博士生2人，发表文章6篇，有一项专利目前正在撰写。