原创 二代SiPM测试板的能谱及2Dmap测试3

概述

使用单晶体基本探测了SiPM通道性能，得到各通道获取的能谱特性，接下来还是回到完整晶体模块的测试。为该SiPM器件专门定制了7x7的晶体模块，也即要使用4x4的SiPM阵列来分辨7x7“像素”。图1展示的是SiPM与晶体模块。

图1：SiPM测试板与晶体模块

SiPM读出测试系统系统构造

依据参考[1]中的SiPM读出系统构造，如图2所示，放置图1所示的晶体模块后，继续使用后级数字采集系统对二代SiPM读出系统的输出信号进行数字化转换，然后对采集到的数据进行合理分析，获取实时的X、Y坐标及能量E。

如图2所示，A, B, C, D以及触发信号为读出系统对外输出的5个信号。其中ABCD进ADC进行模数转换，转换后的信号送入FPGA。而触发信号直接送入FPGA，基于FPGA的TDC对其进行时间数字化转换。

注意，前面提到的X、Y和E都是FPGA依据ABCD数字化后得到的数据进行统计得来。参考[1]和参考[2]都分别给出如何计算X，Y和E。

图2：SiPM读出系统框图

2Dmap测试结果

依据默认公式得到X和Y之后，得到的2Dmap结果如图3所示，此时无法分辨出7x7像素，只有5x5，且右侧一列已经快要超出边界。

图3：2D-Map结果无法得到 7x7个点状图

经过分析，调整公式参数，最终得到所需的2Dmap结果，如图4所示，这样就得到了完整的7x7阵列2dmap。

图4：7x7 2D map结果。左侧是使用AMIDE软件做出映射图，右侧是自编 C++程序在采集数据同时生成的映射图，注意该C++用于PMT系统的14x14晶体模块，所以映射只有1/4大小。晶体模块长度20mm，并使用了光导。

图5：使用不带光导的15mm长度晶体模块做出的2dmap结果

问题及思考

1、2Dmap带拖尾的问题，如图4和图5所示，映射点带有拖影，尤其是边沿的点更加严重。

2、通过SignalTapII观察ADC输出，可以发现采样输出不带直流，这和以前PMT系统不太一样，如图6所示。使用示波器探测发现，实际模拟信号基线位于0以下，如图7所示。

图6：ADC信号基线为0

图7：示波器测量模拟信号，左侧屏蔽信号，右侧开放信号

3、计算得到能量遇到“超出量程”问题，即8bit的E，出现256的能量值，超过了8个bit。具体原因应该是偶发大信号造成，如图8所示。该问题通过逻辑进行判决，即可解决。

图8：偶发大信号导致ADC采样出现“饱和”问题

参考

[1] Analog Readout System with Charge Division Type Output

[2] A High-Speed Multi-Channel Readout for SSPM Arrays