一种用于气体探测器的读出asic芯片以及气体探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体探测器技术领域，尤其涉及一种用于气体探测器的读出ASIC芯片以及气体探测器。
【背景技术】
[0002]在高能物理的粒子探测应用中，微结构气体探测器(Micro-Pattern GasDetector，简称MPGD)被广泛应用。几种重要的微结构气体探测器都是首先由欧洲核子中心提出，如GEM(Gas Electron Multiplier^PMicroMegas(Mic;ro Mesh Gaseous detector),并且已经得到广泛的应用，已开始运行的世界最高能量的质子-质子对撞机LHC上的四个大型实验:ALICE、LHCb、ATLAS、CMS，都分别选用了 MicroMegas和GEM这类微结构气体探测器，以适应LHC升级后的更高亮度需求。
[0003]在气体探测器的读出系统方面，探测器面积及规模的增大，其信号通道也逐渐增多。现有的气体探测器的电子学读出系统，由分立元件组成，总的电子学路数达到数百路，占用的体积相当庞大，其在面积、功耗、便携性等方面已经不能满足新型气体探测器日益密集化的读出要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于气体探测器的读出ASIC芯片以及气体探测器，其目的在于解决现有的气体探测器的电子学读出系统，由分立元件组成，总的电子学路数达到数百路，占用的体积相当庞大，其在面积、功耗、便携性等方面已经不能满足新型气体探测器日益密集化的读出要求的问题。
[0005]本发明的一种用于气体探测器的读出ASIC芯片，包括:至少一读出通道，该读出通道包括:电荷灵敏放大模块，用于接收气体探测器产生的电荷信号，并将该电荷信号放大；线性放电模块，用于对放大后的该电荷信号进行积分，并进行线性放电；以及过阈时间测量模块，用于接收该线性放电模块的放电信号的电压，并进行电压甄别，以得到该放电信号的脉宽与气体探测器产生的电荷信号的电荷量相关的数字信号。
[0006]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，过阈时间测量模块包括:甄别器，用于判断该线性放电模块的放电信号的电压的大小是否大于一定电压甄别阈值，如果大于该电压甄别阈值则该甄别器输出高电平信号，否则，输出低电平信号；阈值调节器，用于向该甄别器提供该电压甄别阈值。
[0007]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，该高电平信号的上升沿表示放电时间的起点，以该高电平信号的宽度，确定该探测器的输出信号的电荷量。
[0008]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，还包括:电流放大模块，该电流放大模块分别与该电荷灵敏放大模块以及该线性放电模块连接，用于将该电荷灵敏放大模块输出的电荷信号进行二次放大，并输出给该线性放电模块。
[0009]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，该线性放电模块包括积分电路以及线性放电电路，线性放电电路连接该积分电路的两端，该线性放电电路包括放电电容以及MOS管开关；该电流放大模块包括电流镜电路，该电流镜电路具有第一输入端以及第二输入端，第二输入端的电流是第一输入端电流的k倍,其中k为正整数，该电荷灵敏放大模块的输出端连接该电流镜电路的第一输入端，该积分电路的输入端连接该电流镜电路的第二输入端。
[0010]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，该线性放电模块包括积分电路以及线性放电电路，线性放电电路连接该积分电路的两端，该线性放电电路包括放电电容以及MOS管开关。
[0011]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，还包括:刻度电路模块，用于输送一定的电荷信号至该电荷灵敏放大模块。
[0012]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，还包括:偏置电压提供模块，用于向该至少一读出通道提供偏置电压。
[0013]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，还包括:数据处理模块，用于接收该过阈时间测量模块输出的数字信号，以根据该数字信号确定该探测器的输出信号的电荷量。
[0014]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，多个该读出通道共用一个刻度信号和控制信号。
[0015]根据本发明一种用于气体探测器的读出ASIC芯片的一实施例，其中，，还包括测试信号读出选通模块，用于选通各该读出通道的测试输出信号。
[0016]本发明还提供了一种气体探测器，包括上述任一种气体探测器的读出ASIC芯片。
[0017]综上，本发明的气体探测器的读出ASIC芯片，能够同时实现电荷测量和时间测量，对输入电荷信号进行两级放大/传输，再经过线性放电处理，以及甄别器甄别，得到输入信号放电时间的一个脉冲信号，通过对这个脉冲信号的处理，获得输入电荷量的信息，从而达到对入射信号能量和位置信息的探测。满足粒子探测实验高计数率、较好的空间分辨和较高的时间分辨的要求，同时完成了新型气体探测系统的实用化和小型化。
【附图说明】
[0018]图1所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的一读出通道的模块图；
[0019]图2所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的另一读出通道的模块图；
[0020]图3所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的再一读出通道的模块图；
[0021]图4所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的又一读出通道的模块图；
[0022]图5所示为图3所对应的电路示意图；
[0023]图6所示为线性放电电路所对应的电路示意图；
[0024]图7所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的多读出通道的模块图。
[0025]图8所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的一读出通道的信号波形图。
【具体实施方式】
[0026]图1所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的一读出通道的模块图，如图1所示，本实施例的气体探测器的读出ASIC芯片，包括:至少一读出通道I。本实施例仅以一个读出通道I为例，读出通道I包括:电荷灵敏放大模块10，线性放电模块11以及过阈时间测量模块12。
[0027]参考图1，电荷灵敏放大模块10用于自接口 101接收气体探测器(未图示)产生的电荷信号，并将该电荷信号放大。线性放电模块11接收电荷灵敏放大模块10的电荷信号，并对放大后的电荷信号进行积分，并当输入电量超过一定的电压甄别阈值时，向过阈时间测量模块进行线性放电。过阈时间测量模块12获得线性放电模块11的线性放电的电压信号，并将线性放电的电压大小与一定电压甄别阈值进行比较，当线性放电的电压大于一定电压甄别阈值，则过阈时间测量模块12输出一信号给外部的计时设备(未图示)，外部的计时设备以过阈时间测量模块12输出的信号的时间上升沿代表气体探测器输入的入射信号的起始点，并对过阈时间测量模块12输出的信号进行计时，并得到过阈时间测量模块12输出的信号的时间宽度信息，并以过阈时间测量模块12输出的数字信号的前沿时刻代表信号到达的时间，输出的数字信号的时间宽度代表气体探测器输出的电荷量。
[0028]图2所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的另一读出通道的模块图，参考图2，本实施例的读出通道I进一步包括一电流放大模块13。电流放大模块13别与电荷灵敏放大模块10以及线性放电模块11连接。电流放大模块13用于将电荷灵敏放大模块10的电荷信号进行二次放大，并输出给线性放电模块11。
[0029]图3所示为本发明气体探测器的读出ASIC芯片的再一读出通道的模块图，参考图3，本实施例的读出通道I的过阈时间测量模块12包括甄别器121以及阈值调节数模转换器122。电压甄别阈值可以是人工进行调整。本实施例的阈值调节数模转换器122，将设定的一数字形式的电压甄别阈值转化为模拟信号，以用于提供给甄别器121进行过阈甄别。甄别器121将线性放电模块11输出的线性放电的电压进行过阈甄别，判