DUNE FD1-HD 光子探测系统中大型 SiPM 阵列的低温前端放大器设计
仪器与探测器
2022-11-15 v2
摘要
DUNE 实验首个远探测器（FD1-HD）的光子探测系统将探测千吨级液氩时间投影室中粒子相互作用产生的闪烁光子。所选光子探测器为硅光电倍增管（SiPM），每个 66 mm，以 48 个为一组排布，对前端电子学呈现极低的阻抗。本文详述了一种低温放大器的设计，其基于硅锗输入晶体管与 BiCMOS 全差分运算放大器，具有 0.37 nV 的极低白电压噪声。即使在低过压值下，它也呈现出优异的单光电子分辨能力。信号上升时间低于 100 ns，在典型工作过压下动态范围约为 2000 个光电子。它从单一 3.3 V 电源汲取 0.7 mA 电流，每通道功耗为 2.4 mW。我们建立了简化模型以预测单光电子信号形状与信噪比，与实测性能吻合良好。
引用
@article{arxiv.2207.13616,
title = {Cryogenic front-end amplifier design for large SiPM arrays in the DUNE FD1-HD photon detection system},
author = {C. Brizzolari and P. Carniti and C. Cattadori and E. Cristaldo and A. de la Torre Rojo and M. Delgado and A. Falcone and K. Francis and N. Gallice and C. Gotti and M. Guarise and E. Montagna and A. Montanari and G. Pessina and M. Pozzato and J. Smolik and F. Terranova and L. Tomassetti and A. Verdugo de Osa and D. Warner and J. Zalesak and A. Zani and J. Zuklin and V. Zutshi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13616},
year = {2022}
}