一种用于MRPC前端读出的原型ASIC设计

飞行时间（Time-Of-Flight, TOF）探测器是核与粒子物理实验的重要组成部分，多气隙电阻板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC）以其高时间精度的特点在TOF测量系统中被广泛应用，放大甄别结合时间数字变换是MRPC电子学读出的一种主流方案。为了满足MRPC读出电子学高时间精度、低功耗、高集成度的需求，设计了一款高速放大甄别原型芯片，该芯片集成了8个通道，通道内包含前置放大器、甄别器和输出驱动电路。前置放大器采用共栅极结构，这种低输入阻抗的结构有利于进行阻抗匹配设计；甄别器采用多级放大器级联的结构产生足够的增益，通过对信号进行饱和放大实现甄别功能；经过甄别后的脉冲波形信号由LVDS输出驱动器送到片外，其前沿和脉宽分别可以表征MRPC信号的到达时间和电荷量信息。基于180 nm的 CMOS 工艺完成了电路的设计、仿真和流片，并在实验室环境下完成了电子学性能测试。测试结果表明，在100 fC ~ 2 pC电荷量下，该芯片的时间精度好于10 ps (rms)，单通道功耗约为24 mW。