γ球前端读出电路的研制

γ球是兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）外靶实验系统的重要探测装置，主要用于外靶区域4π空间覆盖的γ光子探测，针对不同的物理要求，能够提供γ总能量测量、γ多重性测量以及谱学目的的单个γ射线测量。该探测装置的探测单元排布紧，数量大，初期为1024个单元，最终将扩展为4608路，每个单元采用硅雪崩光电二极管(APD)作为光子探测器，该APD具有较大输出电容（CD＝270pf）。目前国内尚无合适的前端电路可用于此探测器的信号读出，本课题将采用JFET-CMOS混合工艺设计低噪声前端读出ASIC芯片；然后利用该ASIC芯片以及基于厚膜技术的信号处理模块和基于PXI的采集模块，建立一套适用于γ球的多通道信号读出系统。通过项目的实施，可探索出适用于大输出电容探测器的低噪声处理电路和方法；为在CSR外靶实验终端上开展中高能核物理实验研究提供有利条件。

本项目针对CSR外靶高能物理与核物理实验需求和球探测阵列中APD探测器的特点，设计完成了适用于具有大输出电容的APD探测器的八通道低噪声前放ASIC芯片；测试结果达到预期指标，信号上升时间小于30ns、增益约1V/pc、在250ns成形时间，100pf输入电容时的等效输入噪声小于1000个电子。同时研制了信号处理模块，包括成形电路和16通道门积分插件；还完成了基于高速ADC和FPGA的数据采集PXI插件。通过项目的实施，探索出适用于大输出电容探测器的低噪声处理电路和方法，建立了一套基于低噪声前放芯片、信号处理模块、和数据采集模块的多通道读出电子学系统。为在CSR外靶实验终端上开展中高能核物理实验研究提供有利条件。