原创 三代SiPM读出测试板2Dmap测试结果

概述

SiPM三代电路的电源供电独立之后，确实发现效果要比2代好。本文主要讨论三代的2Dmap测试，通过与二代的比较找到电路改版带来的改进效果。除了供电改动，能量分支还有一处最大改动是预留了图1所示的输出串接RC元件。

图1：整形输出保留串行阻容元件

三代SiPM读出测试系统2Dmap测试记录

板子完成制作后，完成硬件检测后，首先开展了2Dmap测试。

测试1：如果图1中的RC元件未使用，即均直接焊接0欧姆电阻，或者直接短接。此时在使用Na22源的情况下，测试结果不理想，全局平均能谱分辨率大概在12%左右，2Dmap结果与二代差不多，即依然存在拖影。

测试2：使用另一块板子，焊接上0.1uF电容，得到的测试结果如图2，结果中右下角有3个点缺失，这是硬件物理上原因造成。更换1uF电容后，得到类似结果，故串接电容可能解决拖影问题。

图2：串接0.1uF电容后解决了2Dmap中的拖影问题

测试3：上述2dmap点缺失问题，有几个可能原因，一个是焊接厂在焊接SiPM的时候为了标识起始引脚位置，在SiPM树脂表面用记号笔添加了标识，如图3。该记号无法清除，所以影响了记号对应SiPM通道对信号的探测。此外还有一个可能，是对应通道的能量信号或者时间信号缺失造成，比如比较器工作异常导致时间脉冲无法正常产生，这样是会应该能量计算的。

图3：SiPM表面错误添加的记号标识

测试4：在检查硬件电路未发现其它异常的情况下，最终归结为上述记号导致该问题。为了验证，又进行下述测试，如图4所示，使用贴纸人为遮蔽SiPM的一角，然后完成数据采集，得到2dmap结果。

图4：表面遮蔽后重做2dmap测试

测试5：保留串接电容，使用Cs-137测试2dmap，测试结果如图5所示，图左使用了100mV能量阈值，图右使用了50mV的能量阈值。可以看到高能量阈值设置时，7x7阵列中的中间点不是很清晰。还需要注意的是，阈值降低可以将能谱分辨率从10.5%提升到8.4%。

图5：使用Cs-137源在不同能量阈值下得到的2Dmap测试结果

测试6：保留串接电容，使用Na22测试2dmap，测试结果如图6所示。和Cs137类似，中间点在高能量阈值时也是不太清晰。另外，Na22在两种能量阈值下，得到了大致相同的能谱分辨率，大概在9.2%左右。与测试1对比，可以发现能谱分辨率提升了不少。（注：在测试过程中还有特殊情况出现，即在保留串接电容的时候，上电后需要等待几分钟时间，否则测量得到的能谱分辨率也不理想。电容充放电的干扰？）

图6：使用Na22源在不同能量阈值下得到的2Dmap测试结果

对于上述能谱分辨率在上电后不同时刻采集数据差异，如表1所示：

表1：使用Cs137时不同上电后不同时刻采集数据得到的结果

附：二代与三代SiPM读出测试系统2Dmap对比（主要是拖影的消失）

图7：二代与三代SiPM读出系统2Dmap测试结果对比