用于低电荷半导体探测器的高增益前置放大器板
仪器与探测器
2026-08-08 v1
摘要
我们提出了一种高增益、低噪声的前置放大器板，专为读取高能物理应用中的低电荷半导体探测器——特别是低增益雪崩探测器（LGADs）和三维（3D）硅传感器——而设计。该电路采用三级架构，前端为基于离散 SiGe:C 双极结型晶体管（BJT）的跨阻放大器（TIA），随后是使用 LTC6431 芯片的两个电阻反馈放大级。该配置实现了 115.27 mV ns/fC 的电荷增益，在 0.5 fC 至 25 fC 的输入范围内具有出色的线性度，并具有从 34.0 MHz 至 594.3 MHz 的宽带宽。与 LGAD 探测器耦合的实验评估表明，在 20 {\deg}C 下时间分辨率为 36.41 ps，等效噪声电荷（ENC）为 0.18 fC。此外，在没有增益层的传统 PIN 传感器上的测试产生了 76.10 ps 的时间分辨率和 0.10 fC 的 ENC，而在 3D 硅探测器上的测试产生了 39.40 ps 的时间分辨率和 0.09 fC 的 ENC，所有测量均在相同热条件下进行。所有配置均证实了该电路板在低信号状态下的能力，显著优于先前的参考设计。该电路板的六通道变体也已开发，以支持位置敏感测量。这些发现证明了该电路板适用于基于实验室的 4D 跟踪探测器表征，同时为专用 ASIC 开发奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2608.07963,
title = {A High Gain Preamplifier Board for Low Charge Semiconductor Detectors},
author = {De Zhang and Kuo Ma and Juzheng Zhang and Jiajin Ge and Yanwen Liu and Hao Liang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2608.07963},
year = {2026}
}