典型电荷-时间测量ASIC举例AGET课件

1、中国先进气体探测器合作组读出ASIC设计需求先进气体探测器合作组核电子与核探测器学会微电子专委会整体思路根据先进气体合作组研究需求结合国内微电子读出设计能力适当参考国外芯片架构及方法几种技术路线灵活，但不过度追求通用而造成难度和复杂程度增大建议实现前端数字化建议统一数字化接口，以便通用读出电子学系统的设计主要指标指导思想较高集成度单芯片32通道或以上动态范围适当并有选择200fC（或兼有-1pC、-10pC等多个量程，可配置）低噪声水平1fCCin=100pF (对240fC量程)低功耗10mW/ch（希望达到5mW/ch甚至2mW/ch）2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验

2、室3其它具有一定的灵活性，但不宜过于复杂如成形时间、动态范围适当可调统一的输出数字接口SPI、JTAG、E-Link寄存器配置应尽可能简单（芯片加电后最好能自动进入默认的正常工作模式）合理的测试输出引脚，方便调试不宜有过多外部模拟偏置输入具有刻度功能完备的器件手册给出典型的设计范例或推荐配置方案2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室4方向1计数型应用需求DHCAL、RICH、束斑检测主要指标通道数：32以上阈值：5fC（单通道可微调）时间精度：1ns研制单位：高能所、近物所、西工大、科大预期时间：3年2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室5典型计数型ASIC

3、举例：MICROROC6法国OMEGA组设计64通道3阈读出阈值由片上10-bit DAC设置最大输入范围：500fC最小可分辨电荷量2fC功耗：240mW2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室方向2像素型芯片应用需求三维光电子径迹测量、TPC、顶点探测器技术路线1.参照MediPix、TimePix类研制单位：西北工大、高能所（256256）预期时间34年2.TopMetal类研制单位：华师（600600，20e以下，10ns时间精度）预期时间：2年2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室72022/7/208像素型读出ASIC：Timepix3256*25

4、6通道像素型电荷/时间测量芯片，由CERN设计电荷测量：TOT+ 像素级ADC(8位)时间测量：CSA + 甄别器 +计数器应用：GEMpix， INGRID TPC, telescope detectorTimepix3的问题：技术支持较差倒装焊工艺贵成品率问题刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室方向3峰保持（+时间）应用需求几乎所有的电荷测量、径迹测量主要指标：动态范围：两百fC（10pC可选）技术路线：第一步在参考VA芯片的基础上研究，提供前端模拟芯片第二步，集成ADC和TDC（参考VMM简化）研制单位：西工大预期时间：3、4年2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室9

5、典型电荷测量ASIC举例：VATA16010挪威IDEAS公司设计32通道各通道峰保持之后的信号逐一模拟输出具备自触发功能量程：-3pC +13pC， 噪声：12fC功耗:180mW2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室2022/7/2011典型电荷-时间测量ASIC补充：VMM364通道电荷/时间测量芯片，由美国BNL设计电荷测量：电荷灵敏放大+ 成形 + 模拟寻峰 + 内部ADC时间测量：CSA + 成形电路 + 甄别器 + TAC +内部ADCVMM3的问题：目前仍存在一些bug后续改进前景不明技术支持较差刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室方向4波形采样+时间应用需求TPC等电荷测量、径迹测量主要指标通道数：32以上动态范围：200fC（10pC可选）采样率：1MSPS100MSPS其他参考AGET研制单位：清华、科大预期时间：3年2022/7/20刘树彬 核探测与核电子学国家重点实验室122022/7/201364通道通用TPC读出芯片由法国CEA的Saclay实验室设计动态范围: 120fC, 240fC, 1pC, 10pC 达峰时间: 50ns - 1s (16 values)采用开关电容阵列结构：512个电容/通道采样率: 1MHz - 100MHz读出频率：25MHz典型电荷-时间测量ASIC举例：A