一种高密度、高计数率、高时间分辨MRPC探测器读出ASIC的研制

德国CBM和美国STAR等重离子加速器实验对MRPC-TOF探测器的计数率要求高达20kHz/cm2。这不仅对探测器的设计提出了挑战，同时这些探测器必须采用二维阵列电极读出，使得读出电子学的密度和通道数大大增加，高密度低功耗的高速放大器设计成为很关键的问题。本项目将从探测器需求分析出发，研究高密度、高计数率和高时间分辨前端专用集成芯片设计过程中的若干问题，包括探测器信号对电路参数的影响、高计数率读出电路结构以及新型低功耗全电流模式放大器设计等，从而掌握高计数率MRPC探测器读出芯片的关键设计技术。开发出具有自主知识产权的多通道前端放大-甄别芯片，时间分辨率好于80ps，单通道功耗不超过50mW，为将来CBM和STAR等国际合作，以及高计数率MRPC探测器的进一步发展和大规模应用打下基础。

本项目按照计划书的要求开展了用于高计数率MRPC（多气隙阻性板室）探测器读出的前端专用集成电路的研究，主要完成了：1）MRPC探测器及信号电路模型的建立；2）基于电流模式的甄别器时间晃动的分析与验证；3）四通道CAD（电流放大和甄别器）芯片的研制。该芯片对于超过阈值25微安以上的信号，时间分辨达到约10ps（均方根值），功耗不超过10mW/通道，达到项目预期目标。通过本项目的研究，掌握了高速、低功耗CMOS电流型放大器以及电流模式甄别器等关键设计技术；所研制的CAD芯片用于MRPC探测器读出，在国内尚属于首款，为国内MRPC探测器技术的发展与应用，包括德国CBM、JLAB、兰州重离子加速器外靶升级等国内外相关实验装置以及飞行时间PET、缪子成像等，打下了坚实的电子学技术基础。