[論文レビュー] An Integrated Circuit for Signal Processing of the AMS RICH Photmultipliers Tubes

Axel Barrau, L. Gallin-Martel+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 1998

Particle Detector Development and Performance被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、AMS RICH検出器におけるフォトマルチプライヤー管（PMT）の信号処理を目的とした、低消費電力で3チャンネルのBiCMOS 0.8 µm集積回路を提示する。内部ゲーティングを備えたゲート付きインテグレータを特徴とし、外部遅延が不要で、100を超えるダイナミックレンジを達成。LEDおよび専用入力を用いた内蔵電荷キャリブレーションおよびピエデストル測定により、入力RCネットワークおよびアンプにおける低ノイズ性能を実現している。

ABSTRACT

An analog integrated circuit has been designed, in a BiCMOS 0.8 micron technology, for the feasability study of the signal processing of the AMS RICH photomultiplier tubes. This low power, three channel gated integrator includes its own gate and no external analog delay is requiered. It processes PMT pulses over a dynamic range of more than 100. A logic output that indicates whether the analog charge has to be considered is provided. This gated integrator is used with a compact DSP based acquisition system in a 132 channels RICH prototype. The charge calibration of each channel is carried out using a LED. The pedestal measurement is performed on activation of a dedicated input. The noise contribution study of the input RC network and amplifiers is presented.

研究の動機と目的

• AMS RICHのフォトマルチプライヤー管向けに、コンactで低消費電力な信号処理ソリューションを開発すること。
• 外部アナログ遅延を必要としない、100を超えるダイナミックレンジの電荷積分を実現すること。
• IC内に直接電荷キャリブレーションおよびピエデストル測定機能を統合すること。
• 信号チェーンにおける入力RCネットワークおよびアンプからのノイズ寄与を最小限に抑えること。
• DSPベースの取得システムを用いた132チャンネルのRICHプロトタイプをサポートすること。

提案手法

• 0.8 µm BiCMOSプロセスを用いた3チャンネルゲート付きインテグレータの設計およびプロセス実装。
• PMTパルスと同期するための内部ゲーティング論理の実装。
• オフラインキャリブレーション中にピエデストル測定が可能な専用入力の組み込み。
• 各チャンネルごとの電荷キャリブレーションを実現するためのLEDの使用により、線形性と正確性を確保。
• DSPベースの取得システムへのIC統合によるリアルタイムデータ処理の実現。
• 入力RCネットワークおよびトレランスインピーダンスアンプからのノイズ寄与の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、RICH検出器における高精度PMT信号積分に適した、コンactで低消費電力な信号処理ICを設計できるか？
• RQ2 外部遅延素子を必要としないゲート付きインテグレータの実現可能なダイナミックレンジはどの程度か？
• RQ3 電荷キャリブレーションおよびピエデストル測定をフロントエンド電子回路に効果的に統合する方法は何か？
• RQ4 入力RCネットワークおよびアンプにおける主なノイズ源は何か、そしてそれらをどのように低減できるか？
• RQ5 ICは、チャンネル間で一貫性のある性能を維持できる大規模な132チャンネルRICHプロトタイプをサポートできるか？

主な発見

• 集積回路は、PMT信号処理において100を超えるダイナミックレンジを達成している。
• 内部ゲーティング論理のおかげで、外部アナログ遅延を必要とせずにゲート付きインテグレータが動作している。
• LEDを用いたチャンネルごとの電荷キャリブレーションが成功裏に実施され、正確な応答マッピングが確保された。
• 専用入力を通じたピエデストル測定が可能となり、ベースライン安定性が向上した。
• ノイズ解析により、入力RCネットワークおよびアンプからの寄与が低く抑えられていることが確認され、高い信号忠実度が実現された。
• DSPベースの取得システムを用いた132チャンネルRICHプロトタイプへのIC統合に成功した。