Transcript 粒子検出器用Bipolar ASIC の開発 KEK 谷口敬

BJTによるフロントエンドエレクト
ロニクス開発－現状とプランー
KEK 田中真伸、谷口敬、島崎昇一
大阪大、神戸大
主に高速、高レート下で働くガスチェ
ンバーのためのフロントエンドエレクト
ロニクスについて。
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１）
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７）
いろいろな検出器からの信号
Drift chamber信号処理
CP(E162) Drift chamberの信号例
高レート下での信号処理
CP Preamp
BESS－Polar Preamp
今回の設計、試作現状、目標
検出器からの信号の特徴
• Si Ge Detector 電荷収集時間～nS 大型検出
器でも～100nS。大型検出器の場合はレートは低
い。電荷量 少ない。 高S/N比が必要。
• PMT <10nS 多くの場合発光源による。 信号
大。高速用途が多い。高レートではAfter glowが
問題になることがある。
• Gas Chamber 電荷収集時間～mS 主として高速
用途。高レートでは電荷量 少ない。1/t テール
をもっている。⇒ベースライン変動によるEFF、位
置分解能の低下。
ドリフトチェンバー信号処理
• 初段CB型プリアンプ。
通常3段程度の高速
アンプ。
• 初段のあとDPZCの
後を行って2段、3段目
でに1/t テールの処理
をするのがこれまで
の常識的な処理法。
CP(E162)実験ドリフトチェンバーの信号
１００ｎS/div.
１μｓを超えるデッドタイム
１００ｎS/div.
５００ｎS/div.
高レート下のワイヤーチェンバー信号処理
• 1/tテールを早く落とすこと。
• トランジスターの飽和による蓄積時間の影
響を受けないよう、リミッターをとりつけるこ
と。
• 高レートによるベースライン変動を抑える
ためBLRを取り付けること。
CP Preamp
初段 CBアンプ
２Stage PZC for 1/t tail
2段 CBアンプ ＋ BLR
Dominant PZC
3段 CBアンプ＋Buffer
プリアンプ出力。上トレース：新型 下トレース：旧型
隣り合ったワイヤーに新型と旧型の両方をとりつけた。
BESS Drift chamber Preamp
初段 CEアンプ
PZC
2段 CEアンプ
ASICでのデザイン(問題点）
• 電源電圧が低い(使用できる回路に制限がある）。
τm＝10nSで ENC(1kΩ)≒1700等価電子
• 大きなCapacitanceが使用できない。
(いわゆる普通のBLRが使えない。)
• 蓄積時間のない素子（Shottkey diode)がない。
• 定電圧ダイオードがないなどあげればきりがない。
要するに不自由である。
• したがってこれまでのディスクリート素子でのデザ
インを基礎にしたうえでASIC専用のデザインへ
の変更が必要。
Drift Chamber用Preamp
• 初段エミッタ－接地に
限られる。
• PZC調整が事実上不
可能（SPC通りなら）。
• 出力Levelの固定が
困難（温度依存性を
消しきれない）。等々
⇒とにかく一度やってみて徹
底的に検査する。いろいろな
トライした方がよい。
今回の試作 ４種類
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Variable PZC amp
Positive Preamp
]Negative preamp
高速comparator
Variable PZC ampのレイアウト
Positive Preampの回路図
Positive Preampのレイアウト
Negative Preampの回路図
Negative Preampのレイアウト
コンパレーターの回路図
コンパレーターのレイアウト
目標
• CP Preamp相当の性能をCE 2段でASICに
組み込む。
• Powerは1桁近く下げたい（CPに比較して)。
• コンパレーターは今回は超高速で設計して
みた。Chamber用は次回。
• 今回の出来を見て次回の設計を考える。
• 回路をブロック化してファイル形式にしたい。
• 次回はFull Integrationにしたい。