[发明专利]一种硅微条探测系统

说明书

本发明公开了一种硅微条探测系统，包括：硅微条阵列探测器、前端电子学单元、后端数据获取单元、FPGA主控单元和设置在上位机的数据处理单元；前端电子学单元用于将硅微条阵列探测器产生的电荷输出信号转化为电压信号，然后将电压值与门限值进行比较，若超过门限值则向主控电路输出数据采集的触发信号，同时将该电压信号转换为串行差分电流信号；后端数据获取单元用于将串行差分电流信号转化为数字量；FPGA主控单元用于当收到数据采集的触发信号后，为前端电子学电路和后端数据获取电路提供使能信号，读取后端数据获取电路输出的数据并进行存储；数据处理单元用于接收硅微条阵列探测器的数据，确定空间粒子入射在硅微条阵列探测单元的位置和能量。

技术领域

本发明涉及硅微条探测器领域，具体涉及一种硅微条探测系统。

背景技术

质子、重粒子、alpha粒子等其他种类的高能粒子是宇航器件运行环境中常见的辐射源，这些高能粒子可以入射到半导体器件的敏感区并产生大量电荷，从而改变电路的逻辑状态，甚至损坏集成电路的性能，使整个电路系统不能工作在正常状态下，严重的可能会导致灾难性的事故。经研究统计：超过71％的宇航电子器件发生的故障与电子器件工作的辐射环境有关，其中由单粒子效应引起的故障总数占总故障数目的55％。

为了更好的判断单粒子效应事件(SEU)与空间粒子辐射的关系，进而进行预警，需要知道空间粒子的入射位置及其能量。而随着半导体技术的迅速发展，各种半导体探测器都有了很多新的发展,其中硅微条探测器的发展非常突出，被广泛应用于核物理、高能物理、天体物理等实验中。双面硅微条探测器因具有较好的位置和能量分辨、较宽的线性范围等优点而被广泛使用：由于其具有很好的二维位置分辨能力，世界各大高能物理实验室采用它作为带电粒子轨迹重建的顶点探测器；俄罗斯Dubna的JINR用其作为研究天体物理的望远镜；在高粒子多重性的中能重离子碰撞研究中，该探测器又可作为粒子鉴别的ΔE/E探测器。

另外高集成化低噪声前端电子学的发展，进一步推动了硅微条探测器的发展提高，国际上许多实验室都成功设计开发了针对不同硅微条探测器的ASIC芯片，如美国费米国家实验室(FNAL)质子-反质子对撞机系统CDF采用的SVX芯片，欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机上CMS实验所采用的APV25芯片和ALTAS实验所采用的ABCD3TA芯片等。

然而大面积的硅微条探测器的铺设不仅会增加宇航器材的重量，而且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种硅微条探测系统，以及使用该系统探测空间粒子入射位置及能量的方法，然后基于空间粒子的入射位置及能量，判定FPGA中SEU事件的发生与入射粒子位置及强弱的相关性。

为实现上述目的，本发明提出了一种硅微条探测系统，包括：硅微条阵列探测器，所述系统还包括前端电子学单元、后端数据获取单元、FPGA主控单元和设置在上位机上的数据处理单元；

所述前端电子学单元，用于将硅微条阵列探测器产生的电荷输出信号转化为电压信号，然后将电压值与门限值进行比较，若超过门限值则向主控电路输出数据采集的触发信号，同时将该电压信号转换为串行差分电流信号；

所述后端数据获取单元，用于将串行差分电流信号转化为数字量；

所述FPGA主控单元，用于当收到数据采集的触发信号后，为前端电子学电路和后端数据获取电路提供使能信号，读取后端数据获取电路输出的数据并进行存储，同时发送至数据处理单元；

所述数据处理单元，用于接收硅微条阵列探测器的数据，确定空间粒子入射在硅微条阵列探测单元的位置和能量。

作为上述系统的一种改进，所述前端电子学单元包括：前置放大电路、成形电路、采样保持电路和电压缓冲区；前置放大电路连接硅微条阵列探测器的2N路数据通道；一路数据通道输出探测器的一个探测单元的电荷输出信号；N为探测单元的个数；