[论文解读] 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 6

一句话总结

本文介绍了一款用于AMS RICH探测器中光电倍增管（PMT）信号处理的低功耗、三通道BiCMOS 0.8 µm集成电路。该芯片采用内置门控机制，无需外部延迟，动态范围超过100，通过LED和专用输入实现内置电荷校准与基线测量，输入RC网络和放大器具有低噪声性能。

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.

研究动机与目标

• 开发一种紧凑、低功耗的信号处理解决方案，用于AMS RICH光电倍增管。
• 实现在无外部模拟延迟情况下的高动态范围（超过100）电荷积分。
• 将电荷校准与基线测量功能直接集成于集成电路中。
• 最小化信号链中输入RC网络和放大器的噪声贡献。
• 支持基于DSP的采集系统实现132通道RICH原型。

提出的方法

• 在0.8 µm BiCMOS工艺中设计并制造三通道门控积分器。
• 实现内置门控逻辑，以实现积分与PMT脉冲的同步。
• 集成专用输入，用于离线校准期间的基线测量。
• 利用LED实现逐通道电荷校准，以确保响应的线性与准确性。
• 将集成电路集成至基于DSP的采集系统中，实现实时数据处理。
• 分析输入RC网络和跨阻放大器的噪声贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何为RICH探测器中高精度PMT信号积分设计一种紧凑、低功耗的信号处理集成电路？
• RQ2 在不使用外部延迟元件的情况下，门控积分器可实现的动态范围是多少？
• RQ3 如何有效将电荷校准与基线测量功能集成到前端电子系统中？
• RQ4 输入RC网络和放大器中的主要噪声源是什么，如何将其最小化？
• RQ5 该集成电路能否支持大规模132通道RICH原型，并在各通道间保持一致性能？

主要发现

• 集成电路在PMT信号处理中实现了超过100的动态范围。
• 得益于内置门控逻辑，门控积分器无需外部模拟延迟即可正常工作。
• 通过LED实现逐通道电荷校准，确保了响应映射的准确性。
• 通过专用输入实现基线测量，提升了基线稳定性。
• 噪声分析证实，输入RC网络和放大器的噪声贡献极低，支持高信号保真度。
• 该集成电路已成功集成至基于DSP的132通道RICH原型系统中。