專利名稱：一種mrpc探測器前端電子學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及核輻射探測信號獲取領(lǐng)域，具體涉及MRPC探測器前端電子學(xué)技術(shù)。
背景技術(shù)：
基于多氣隙電阻板室(MRPC)的飛行時(shí)間(TOF)探測器是ALICE、CBM、STAR、NICA等大型實(shí)驗(yàn)裝置中的主要探測器之一，這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置中的MRPC探測器需要大量的前端電子學(xué)通道，這些電子學(xué)一般采用NINO技術(shù)進(jìn)行放大傳輸和采用HPTDC技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化。對于一些小型的TOF測試系統(tǒng)，比如MRPC探測器樣機(jī)性能的宇宙射線測試和束流實(shí)驗(yàn)，簡單的前端電子學(xué)系統(tǒng)配合高速數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)是比較理想的技術(shù)方案。MRPC探測器輸出電流信號小而且脈沖前沿快而窄，電流一般為幾個(gè)nA，上升時(shí)間為幾個(gè)ns，可以減少脈沖前沿甄別的時(shí)間晃動(dòng)。在利用MRPC做粒子飛行時(shí)間探測中，需要獲取探測器輸出脈沖信號的幅度信息和其前沿的時(shí)間信息。由于受到放大器帶寬、放大轉(zhuǎn)換速度、噪聲等因素的限制，一般的前置電流型放大器無法滿足這一要求。本實(shí)用新型提供一種創(chuàng)新的技術(shù)裝置，實(shí)現(xiàn)MRPC探測器輸出微弱快速電流信號的放大成型，便于后續(xù)時(shí)間測量單元和幅度測量單元進(jìn)行測量。本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊具有價(jià)格低廉、制作方便、便于快速組裝測試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對MRPC探測器輸出電流信號小而且脈沖前沿快而窄的特點(diǎn)，提供一種有效MRPC探測器前端電子學(xué)模塊。本實(shí)用新型所提供技術(shù)方案合理成熟可行，理論基礎(chǔ)充分。為能達(dá)到上述一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊的實(shí)用新型目的，所采用的技術(shù)方案具體包括電流差分信號前置放大器、加法器、高速比較器、反向器和二級快速放大器；電流差分信號前置放大器輸入端通過雙絞線與MRPC探測器信號輸出端相連，信號輸出端的正極性連接快速比較器正輸入端，負(fù)極性通過加法器疊加正閾值直流電壓后連接快速比較器負(fù)輸入端；快速比較器信號輸出端連接反向器信號輸入端，反向器信號輸出端與測量系統(tǒng)的時(shí)間測量單元相連；電流差分信號前置放大器正負(fù)極性輸出端又分別連接二級快速放大器信號正負(fù)輸入端，二級快速放大器信號輸出端與測量系統(tǒng)的電荷測量單元相連；電路板采用六層板設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立的電源層、地層及信號層，信號層與電源層之間通過地層隔離。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的電流差分信號前置放大器采用MAX3760低噪聲芯片，為差分電流信號輸入和差分幅度信號輸出形式，具備低噪聲、寬頻帶、低功耗特點(diǎn)；與電流差分放大器信號輸入端相連的還有信號成型及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R3，C3，R8，R9)和起保護(hù)作用的肖特基雙向二極管D1。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的電流差分信號前置放大器的信號輸入線和輸出線分開走線或者交叉走線；信號輸入端由接地屏蔽環(huán)完全環(huán)繞。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的二級快速放大器采用AD8001AR芯片，輸入端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(Cl，R2, C7, R15)，輸出端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R17，C9)，通過負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)(R16，R19)進(jìn)行放大。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的快速比較器米用AD96685BR芯片，電流差分信號前置放大器的信號輸出端通過微分電路(C4, R4和C5，R12)及阻抗匹配電阻(R6，R10)連接快速比較器，通過分壓網(wǎng)絡(luò)(Rll，R13)及脈沖寬度限定電容C6及上拉電阻R7控制AD96685BR的鎖定控制端LE。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的加法器由閾值設(shè)置網(wǎng)絡(luò)(R12，R14, R18, C8, C10)構(gòu)成，輸入端連接閾值電壓VTH，為快速比較器
負(fù)信號輸入端提供一個(gè)直流偏置電壓。按照本實(shí)用新型提供的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是所述的反向器由高頻三極管Q1、負(fù)載電阻R1，反向器直流偏置電阻R5，電源濾波電容C2構(gòu)成。

附圖1為一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊系統(tǒng)構(gòu)成圖；附圖2為一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊電路具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖1為一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊系統(tǒng)構(gòu)成圖；如圖所示，具體包括電流差分信號前置放大器、加法器、高速比較器、反向器和二級快速放大器；電流差分信號前置放大器輸入端通過雙絞線與MRPC探測器信號輸出端相連，信號輸出端的正極性連接快速比較器正輸入端，負(fù)極性通過加法器疊加正閾值直流電壓后連接快速比較器負(fù)輸入端；快速比較器信號輸出端連接反向器信號輸入端，反向器信號輸出端與測量系統(tǒng)的時(shí)間測量單元相連；電流差分信號前置放大器正負(fù)極性輸出端又分別連接二級快速放大器信號正負(fù)輸入端，二級快速放大器信號輸出端與測量系統(tǒng)的電荷測量單元相連；電路板采用六層板設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立的電源層、地層及信號層，信號層與電源層之間通過地層隔離。圖2為一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊電路圖；電流差分信號前置放大器采用MAX3760低噪聲芯片，為差分電流信號輸入和差分幅度信號輸出形式，具備低噪聲、寬頻帶、低功耗特點(diǎn)；與電流差分放大器信號輸入端相連的還有信號成型及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R3, C3, R8, R9)和起保護(hù)作用的肖特基雙向二極管Dl。電流差分信號前置放大器的信號輸入線和輸出線分開走線或者交叉走線；信號輸入端由接地屏蔽環(huán)完全環(huán)繞。二級快速放大器采用AD8001AR芯片，輸入端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(Cl，R2, C7, R15)，輸出端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R17，C9)，通過負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)(R16，R19)進(jìn)行放大。快速比較器采用AD96685BR芯片，電流差分信號前置放大器的信號輸出端通過微分電路(C4，R4和C5，R12)及阻抗匹配電阻(R6，R10)連接快速比較器，通過分壓網(wǎng)絡(luò)(Rll, R13)及脈沖寬度限定電容C6及上拉電阻R7控制AD96685BR的鎖定控制端LE。加法器由閾值設(shè)置網(wǎng)絡(luò)(R12，R14, R18, C8, C10)構(gòu)成，輸入端連接閾值電壓VTH，為快速比較器負(fù)信號輸入端提供一個(gè)直流偏置電壓。反向器由高頻三極管Q1、負(fù)載電阻R1，反向器直流偏置電阻R5，電源濾波電容C2構(gòu)成。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)就能做出的各種改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征是:具體包括電流差分信號前置放大器、加法器、高速比較器、反向器和二級快速放大器；電流差分信號前置放大器輸入端通過雙絞線與MRPC探測器信號輸出端相連，信號輸出端的正極性連接快速比較器正輸入端，負(fù)極性通過加法器疊加正閾值直流電壓后連接快速比較器負(fù)輸入端；快速比較器信號輸出端連接反向器信號輸入端，反向器信號輸出端與測量系統(tǒng)的時(shí)間測量單元相連；電流差分信號前置放大器正負(fù)極性輸出端又分別連接二級快速放大器信號正負(fù)輸入端，二級快速放大器信號輸出端與測量系統(tǒng)的電荷測量單元相連；電路板采用六層板設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立的電源層、地層及信號層，信號層與電源層之間通過地層隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的電流差分信號前置放大器采用MAX3760低噪聲芯片，為差分電流信號輸入和差分幅度信號輸出形式，具備低噪聲、寬頻帶、低功耗特點(diǎn)；與電流差分放大器信號輸入端相連的還有信號成型及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R3，C3，R8，R9)和起保護(hù)作用的肖特基雙向二極管D1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的電流差分信號前置放大器的信號輸入線和輸出線分開走線或者交叉走線；信號輸入端由接地屏蔽環(huán)完全環(huán)繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的二級快速放大器采用AD8001AR芯片，輸入端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(Cl，R2, Cl, R15)，輸出端連接信號阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(R17，C9)，通過負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)(R16，R19)進(jìn)行放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的快速比較器米用AD96685BR芯片，電流差分信號前置放大器的信號輸出端通過微分電路(C4, R4和C5，R12)及阻抗匹配電阻(R6，RlO)連接快速比較器，通過分壓網(wǎng)絡(luò)(Rll，R13)及脈沖寬度限定電容C6及上拉電阻R7控制AD 96685BR的鎖定控制端LE。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的加法器由閾值設(shè)置網(wǎng)絡(luò)(R12，R14, R18, C8, C10)構(gòu)成，輸入端連接閾值電壓VTH，為快速比較器負(fù)信號輸入端提供一個(gè)直流偏置電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，其特征在于:所述的反向器由高頻三極管Q1、負(fù)載電阻R1，反向器直流偏置電阻R5，電源濾波電容C2構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種MRPC探測器前端電子學(xué)模塊，具體包括電流差分信號前置放大器、加法器、高速比較器、反向器和二級快速放大器；電流差分信號前置放大器輸入端通過雙絞線與MRPC探測器信號輸出端相連，信號輸出端的正極性連接快速比較器正輸入端，負(fù)極性通過加法器疊加正閾值直流電壓后連接快速比較器負(fù)輸入端；快速比較器信號輸出端連接反向器信號輸入端，反向器信號輸出端與測量系統(tǒng)的時(shí)間測量單元相連；電流差分信號前置放大器正負(fù)極性輸出端又分別連接二級快速放大器信號正負(fù)輸入端，二級放大器信號輸出端與測量系統(tǒng)的電荷測量單元相連；電路板采用六層板設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立的電源層、地層及信號層，信號層與電源層之間通過地層隔離。
文檔編號G01T1/00GK202916447SQ20122055666
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐, 黃洪全, 楊勇, 方方 申請人:成都理工大學(xué)