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    2024-5-3 17:01
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    更换高压偏压源输出端连接的电感 概述 滨松电源C14156手册中给出其输出并不是直接驱动MPPC,而且串接一个“Chip Inductor”之后再驱动MPPC,如图1所示。当前测试系统由于对于这个电感认识不足,默认焊接的是磁珠BLM18EG221TN1D。后跟滨松工程师确认,日本方面推荐的型号是BRL2012T100M。 图1:C14156推荐电路 按照默认配置,测试板测量得到的信号下降沿尾巴会观测到明显振荡,此时shaping输出如图2所示。 图2:高压源使用磁珠隔离 测试1(测试日期:2021年4月30日) 将高压输出的磁珠更换为2个5.6uH电感串接(实际11.2uH)后测试结果如图3. 图3:使用11.2uH电感后振荡幅度被压缩 测试2(测试日期:2021年5月12日) 从WE申请电感样品,今天使用47uH电感,测试结果如图4。 图4:振荡幅度继续被压缩(上下各20mV以内),且主脉冲基本成型 图5:示波器通道1是TOUT,示波器通道2是shaping 注:上述实验都是在16个通道都开放的情况下测量。 测试3(测试日期:2021年5月13日) 使用另外一个MPPC子板,仅耦合单根晶体,验证是否因为晶体模块本底太强导致本底信号太多,从而导致高压源供电不足。使用的晶体如图6所示,很细很短。CBA还是M2,且高压源输出串接的电感还是47uH。 图6:用于测试的单根晶体 实际测试结果显示,即便只是耦合单根LYSO晶体,SiPM的输出脉冲也会影响到高压源输出电压的纹波,如图7所示。 图7:示波器通道1为SiPM输出,示波器通道2为高压源纹波测量;测试中发现改变高压值会改变纹波的影响,具体为电压越大,SiPM的输出幅度越大,从而反馈到电压的纹波也强。图中测试设置偏置电压为38.9V左右。 如果将高压设置为正常操作电压附近,即40.76V之后,测试结果如图8所示 图8:Vop=40.76V,左图为取样采集,右图为取样平均 注:本次实验由于只是耦合单根晶体,所以其它SiPM通道均未检测到有脉冲输出,这根晶体仅耦合到通道9和通道10位置附近,在这2个通道能观察到明显SiPM信号输出,通道5和6由于靠近,也能耦合观测到微弱脉冲输出。
  • 热度 5
    2024-3-8 13:15
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    极零相消在实际电路中的应用 概述 极零相消也被称为极零补偿(PZC, Pole-Zero Cancellation/Compensation),最近针对PZC电路有过几轮讨论,个人也有些思考,前面也有一篇短小篇幅的总结。 有时间打算稍微展开探讨一下PZC电路,至少使得对其理解更清晰,了解为什么要使用PZC,哪些地方(或节点)需要或适合插入PZC电路。 MPPC的PZC电路 如图1所示,为滨松使用的PZC电路。MPPC的输出成分分为快成分(fast)和慢成分,但是需要更加方便获得时间信息的时候,用户就希望仅仅测试MPPC输出的快成分,所以滨松就推荐了图1所示的PZC来对MPPC输出信号进行调理。 图1:滨松给出的PZC电路示意图 上述电路的关键是如何选择电容C和电阻R1,具体原则滨松在给出上述PZC参考电路的时候并未给出,这个与前端驱动的MPPC有关,由于不同的MPPC,其输出电容不同,估计也是由此滨松并未给出固定的C和R1参考值,这个需要用户自行根据选用的MPPC具体型号进行选择。 MPPC各参数之间联系图 图2来自滨松官网,展示MPPC各参数之间联系图。蓝色标签是指用户可选可调的外部条件,中间紫色标签是指受外部条件直接或间接影响的性能参数。 图2:滨松MPPC各参数之间联系图 对于用户来说,感光面积和像素尺寸在项目开始前或项目启动前期就已经确定好了的,所以它们对于当前我们要讨论的PZC电路,在此忽略(并非对PZC电路没影响,而是选型之后影响已经固化了)。所以PZC电路在设计和调试的时候,主要面临如何配合温度和电压的变化。 在实际应用中用户需要在图2中间紫色标签中找寻到最佳的平衡点。在找寻最优平衡点的过程中,PZC电路可能就需要依据其它参数的改变而动态进行调整。上面提到了PZC可以将MPPC的快成分“分离”出来,进行时间信息处理,下节探讨在实际电路中PZC的其它用途。 PZC电路在实际应用中的作用 滨松给出的PZC主要是分离快成分,实际应用中我们对快慢成分都施加了PZC模块。这个模块在我们的电路中的主要作用就是“抑制暗脉冲”。 暗脉冲来自于暗电流(dark crrent),MPPC的暗电流会产生暗计数(dark count),即在正常工作偏置电压下,将MPPC放置在黑暗环境中,并且没有辐射源照射的情况下,由于Si材料内载流子的热激发等原因引起的计数。单位时间内发生1 p.e.及以上的波形计数定义为暗计数率。MPPC常温下通常在几百kHz,如图3所示为滨松给出的测量截图。 图3:示波器进行的暗计数测量 注意几个概念,p.e.是photon equivalent的缩写,意为光子等效。0.5 p.e.指雪崩脉冲宽度为1个光子引发雪崩脉冲幅度的0.5倍。设置0.5 p.e.的阈值就是记录所有大于或等于1个光子电子信号。上图显示的大部分应该都是单光子信号脉冲,偶尔可能会有多光子重叠引起的多光子脉冲信号。如图4所示,某型滨松MPPC中不同尺寸中的像素数量。所以多光子重叠的概率还是有的。 图4:同系列MPPC不同尺寸中像素数量 MPPC的暗电流要比PMT大很多,二者不是一个数量级,所以两者使用的系统中前端电路也有不同。比如是否采用PZC电路。暗电流对于系统来说,其实就是噪声,前端电路设计需要采取各种措施来抑制噪声。 我们也采取类似图3所示的测试,如图5所示。图3示波器时间刻度是50us,图5时间刻度是200ns。 图5:暗脉冲测量 图5中满屏,也即2us时间中至少能看到10个明显的暗脉冲。请注意,图5除了是测量暗脉冲以外,同时测量验证了PZC电路的效果,即示波器通道2展示测量结果。我们发现这个10个暗脉冲基本都被消除了,只有2号、3号和4号脉冲还有残留。 图6给出了有用信号和暗脉冲一同存在的场景以及经过PZC处理前后的测试结果(示波器通道1测量PZC处理之前,示波器通道4测量PZC处理之后),我们发现暗脉冲的密度很大,严重干扰了信号基线。从图中可以看到信号基线由于大量暗脉冲的存在,产生明显的“晃动”。这种晃动幅度虽然不大,但是在紧密测量应用中会带来比较大的麻烦。 所以这个PZC电路就像粉底的作用一样,可以用来“抹平”信号基线,使得基线尽量平滑,否则测量的时候很容易产生误触发。另外,前端信号送入下一级可能还需要进行放大处理,这些暗脉冲如果未经处理一起送入下一级也会带来问题。 图6:未经PZC处理的信号
  • 热度 1
    2024-3-1 12:00
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    从极零相消得到的一些思考
    这几天上头给出一个参考电路,并对比项目中电路进行了几轮来回讨论。数字工程师介入模拟电路的讨论、设计,而且投入实际应用,可能遇到很多挫折、打击,回头看看,对技术的理解,对系统架构的认识逐渐清晰。这是个什么电路呢,如下图所示: 也不知上头是从那篇文章中找来的电路,扔给我们的意思是让我们对照当前项目中电路看看是否什么可以借鉴汲取的地方!经过讨论,提出上图主要有2点值得我们注意: 1)、最近一直在讨论使用的极零相消 2)、放大器+AC耦合思想 上述电路两个放大器输出均跟有AC耦合电容,领导说为何他印象中看到的几乎所有的放大器后面都使用了AC耦合电容(请注意:领导非电子专业,如果说我们是模拟电子半专业,那他根本就是门外汉,但是就是这个“门外汉”往往提出各种想法,让我们项目组具体实现。)。讨论的时候,我们也不好提出并非所有放大器后面都放了AC耦合电容(或者其它啥叫法的电容)。这是一点,所以清查我们的电路所有放大器,是否需要都在放大器后面加上一个电容,用来隔直也好,用来AC耦合也好,用来实现高通或低通滤波也好。 上述电路的极零相消由C9,C10和R16实现。和传统的PZC电路差别是在电阻路径上引入了一个稍微大一点电容,即C9。比如下图所示,就是滨松给出的PZC实例图。 这个PZC电路是我们通常见到了电路,电阻路径引入电容,其实主要目的就是起到隔离直流作用。我们需要思考的是,这个电容是否会对原始PZC电路造成影响?由于引入的电容较大,而PZC原始电路中的电容一般都较小,影响可以忽略不计。那为何不将电容搁置在PZC的前面呢?如果直接搁置在整个PZC电路前面,虽然起到了隔离DC的作用,但是隔直电容会与PZC中的电容串联如此影响到PZC的功能。 从此次讨论引申一点到由放大器实现的加法器电路,加法器的输入由前级放大器驱动,经过测量前级放大器输出基线在0V附近,DC水平在经过传统PZC后围绕在0~1mV左右。前级放大器和加法器放大器型号相同,器件手册给出的DC offset指标也与实际测试相符。此时,讨论中上头提出尽管加法器输入DC水平在亚毫伏级别,但是多支路信号的基线经过不同放大器之后并不一致,所以在加法器上即为非同电位相加,多路信号融合(merger)后输出信号的前沿与同电位融合必然不同。这个”不同“在通用应用中也许不会care,但是在我们的系统中,却是非常重要的。似乎、好像很有道理,值得思考。
  • 热度 4
    2019-5-20 15:14
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    http://share.hamamatsu.com.cn/specialDetail/804.html#Q001 HAMAMATSU(滨松)多像素光子计数器答疑。