原创 一代SiPM测试板偏置高压与SiPM工作的相互影响与分析

SiPM正常工作对偏置高压的影响

        SiPM输出脉冲下降沿尾巴处出现振荡原因可能与偏置电压源有关系，如果偏置电压源没有驱动MPPC的话，示波器测量其纹波大概在10mV p-p。如果驱动了带LYSO迷你阵列模块的MPPC那么对应MPPC的输出脉冲上升沿处，偏置电压都会出现一个“向下”的尖峰，如图1所示。示波器通道2是SiPM输出脉冲，示波器通道3测量偏置电压，可以看到，每次SiPM有个较大的脉冲（浅蓝），偏置电压源对应出现一个向下的“刀劈”下冲脉冲（紫色）。此时，SiPM得到了正常的Vbias电压，所以称之为SiPM处于正常工作状态。为了进一步验证这种“影响”，额外做了两个简单的测试测量。

图1：示波器测量Vbias纹波，同时测量SiPM输出

测试1（使用不同LYSO，或不使用晶体）

        用M2板子，MPPC子板不带LYSO，这样测量暗脉冲时偏置电压的反应。因为暗脉冲需要给MPPC加压到48.2V的时候，才能看到明显的暗脉冲。所以在MPPC子板不带LYSO的时候，分别在偏置电压为48.3V和42.7V左右时候用示波器进行观察。

1. 偏置电压设置为42V左右的时候，这时候MPPC的输出通道无法观察到暗脉冲，这时候由于MPPC输出没有脉冲，所以对应偏置电压没有“反馈”影响，观察结果如图2所示。注意图2与图1的区别，由于图1展示的带LYSO晶体的测量结果，所以LYSO的信号给偏置电源平面带来很大负面影响。每个LYSO脉冲的产生，都会在偏置电压平面负向“砍”一刀。而图2中，由于没有LYSO，尽管偏置电压加压到相同的电平，电源平面依旧很平稳、很干净。

图2：示波器通道3为MPPC输出，示波器通道1观察偏置电压

2. 偏置电压设置为48.2V左右的时候，这时候MPPC的输出通道明显地观察到暗脉冲，这时候由于MPPC输出有脉冲，所以可以观测偏置电压明显地收到了某些“反馈”影响，观察结果如图3所示。通过逐步加大偏置电压，SiPM的内部增益被放大，所以众多的暗电流被放大，图3的示波器同道3中相较图2看到了很多的暗脉冲，这些暗脉冲会与图1中LYSO信号那样对偏置电压平面产生负面影响，只是影响幅度是与脉冲幅度相关。对比图1和图3，会看到，图3中暗脉冲幅度很小，但是数量众多，而图1中LYSO脉冲幅度很大，但是数量相较暗脉冲少很多。所以在相同时间刻度内，对应偏置电压平面的影响不一样。相对来说，我们更关注LYSO以及以后加入辐射源之后产生的信号脉冲对偏置电压平面带来的负面影响。这种影响似乎很难消除。

图3：偏置电压设置在48.2V左右的时候，可以观测到偏置电压纹波增加到100mV p-p左右

测试2（测试滨松Demo板）

        从滨松借用MPPC评估系统（C12332），用评估系统的高压源驱动SST的测试板（测试板不上电，即仅连接了评估板过来的高压），测量SiPM的输出以及高压纹波，与上述情况一样。即SiPM输出脉冲仍然有振荡，电源纹波也有向下尖峰与SiPM输出脉冲上升沿对齐。

        本次测试仅是为了验证上述问题非SiPM读出测试系统自我产生，或者说和测试板偏置电压电源本身无关。