基于Petiroc2A ASIC芯片的32路 数据采集系统简介

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1 基于Petiroc2A ASIC芯片的32路 数据采集系统简介
第十九届全国核电子学与核探测技术学术年会 基于Petiroc2A ASIC芯片的32路 数据采集系统简介 报告人：周魏 单位：中国科学院高能物理研究所 北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心 2018年10月16日

2 报告提纲 Petiroc2A芯片介绍 数据采集系统介绍 上位机数据处理介绍 实验结果 下一步工作 中国科学院高能物理研究所 NED’2018

3 Petiroc2A芯片介绍 Citiroc 1A Maroc 3A Hardroc 3B Petiroc 2A Catiroc 1
SiPM readout Photomultiplier, PMT arrays, MA-PMT readout PIN diode, APD, gaseous detector Citiroc 1A Maroc 3A Hardroc 3B Petiroc 2A Catiroc 1 Gemroc 1 Triroc 1A Spaciroc 3 Skiroc 2A

4 Petiroc2A芯片介绍 Petiroc 2A是一款32通道模拟+数字混合ASIC芯片，输入端与SiPM耦合
每个输入通道分成2路，1路进行电荷测量，另1路进行时间测量 每输入通道内置DAC，可方便调节输入信号幅度 低功耗6mW/channel 主要面向PET等相关的电荷测量与时间测量应用

5 Petiroc2A芯片介绍

6 Petiroc2A芯片介绍 SiPM 与Petiroc2A耦合

7 Petiroc2A芯片介绍 时间测量 数据读出 电荷测量 触发逻辑

8 Petiroc2A芯片介绍 时间测量 快放大器 前沿定时甄别器

9 Petiroc2A芯片介绍 时间测量 粗时间测量采用计数器方式。 精细时间测量采用40MHz时钟内插法，精度约37ps。

10 Petiroc2A芯片介绍 电荷测量

11 Petiroc2A芯片介绍 数据传输 AD转换：12.5us 传输：12us
一次数据采集的数据量960bit数据，传输时钟80MHz，完成一次数据采集最少需要25us。

12 Petiroc2A芯片介绍 芯片参数配置简介 参数配置2种模式： 正常采集模式需配置640bit数据； 探针模式需配置195bit数据；

13 报告提纲 Petiroc2A芯片介绍 数据采集系统介绍 上位机数据处理介绍 实验结果 下一步工作 中国科学院高能物理研究所 NED’2018

14 数据采集系统介绍 硬件设计框图

15 数据采集系统介绍 硬件功能框图 输入：SiPM电流信号直接耦合 通道数：32通道 动态范围：16fC~400pC
电荷处理：电荷积分-成形-ADC 时间处理：放大-比较-TAC-ADC 输出： 32通道触发输出 电荷测量 时间测量 计数率最大40kb/s

16 实验测试 晶体：4×4 LYSO array 阵列 2个； 晶体尺寸：3×3×20mm； 探头：j30035 SiPM；
外部高压：-24.5V； ASIC输入DAC电压：1.5V； 慢 成 形 信 号 ADC 斜 坡 信 号 定 时 触 发 信 号 快 放 大 信 号

17 数据采集系统介绍 FPGA逻辑设计 FPGA逻辑设计 FPGA逻辑设计框图
专利1：周魏;魏龙;魏存峰;章志明等;一种PET成像电子学,申请号 专利2：周魏;魏龙;魏存峰;章志明等;一种PET电子学数据处理方法及PET电子学系统,申请号

18 报告提纲 Petiroc2A芯片介绍 数据采集系统介绍 上位机数据处理介绍 实验结果 下一步工作 中国科学院高能物理研究所 NED’2018

19 上位机数据处理介绍 上位机正常采集界面

20 上位机数据处理介绍 参数配置界面

21 上位机数据处理介绍 探针设置界面

22 上位机数据处理介绍 通道一致性校正界面

23 上位机数据处理介绍 Na-22采集界面

24 报告提纲 Petiroc2A芯片介绍 数据采集系统介绍 上位机数据处理介绍 实验结果 下一步工作 中国科学院高能物理研究所 NED’2018

25 实验结果(能量测量) 源 能量(KeV) 实验 道址 半高宽 ER CER Co57 122 139.39 21.43 15.37%
20.6% Ba133 356 325.74 25.54 7.84% 10% 303 285.71 18.74 6.56% 8.3% Na22 511 432.23 32.07 7.42% 9.7% Cs137 662 516.84 37.77 7.31% 9.8% 1275 824.1 34.41 4.18% 6.3%

26 实验结果(符合时间) 相对的2根晶体符合分辨时间约为 759ps 相对的Block之间符合分辨时间约为 1.6ns 单根 Block 峰位
502.9 508.41 半高宽 21.09 45.31 时间分辨(ps) 759.24 时间精度：36ps/道

27 下一步工作 优化前端的探头设计 优化FPGA逻辑处理 优化上位机软件处理与校正算法

28 谢 谢！ 请各位批评、指正

29 Petiroc2A芯片介绍 1次采集过程的时序图 快放大器输出信号 定时(触发)信号(黑)/峰值标志信号(黄) 40MHz时钟(时间测量)
用于精细时间测量的时幅转换信号 开关电容阵列(SCA)保存的峰值信号 慢成形信号 32路定时信号经过或非门后的输出信号 ADC转换使能信号 160MHz时钟 数据使能 960bit数据