1. Оглавление
Введение………………………………………………………………………………………….3
Актуальность работы…………………………………………………………………..3
Цель работы……………………………………………………………………………..3
Научная новизна работы………………………………………………………………4
Достоверность результатов и выводов………………………………………............4
Практическая и научная ценность работы…………………………………………4
Основные положения, выносимые на защиту………………………………...........5
Публикации………………………………………...........................................................5
Личный вклад автора……………………………………….........................................5
Обьём и структура………………………………………...............................................6
Глава 1. Литературный обзор………………………………..................................................9
1.1 Исследование космических лучей высоких энергий..........................................8
1.2 Общая конструкция научной аппаратуры Нуклон…………………………..11
1.3 Кремниево-вольфрамовый ионизационный калориметр…………………..12
1.4 Эксперименты по исследованию неоднородностей в
спектре электронов КЛ. .........................................................................................13
1.5 Вывод..........................................................................................................................15
Глава 2. Кремниево-вольфрамовый ионизационный калориметр…............................16
2.1 Выделение электронной компоненты
в ионизационном калориметре………………………….....................................17
2.2 Описание метода выделения электронной компоненты…………………….17
2.3 Результаты Монте-Карло моделирования……………......................................21
2.4 Требования к регистрирующей аппаратуре……………...................................23
Глава 3. Регистрирующая электроника кремниево-
вольфрамового калориметра……………………….……………………………….25
3.1 Современные микроэлектронные методы
регистрации сигналов микрополосковых
кремниевых детекторов……………..................………........................................25
3.2 Универсальный стенд для испытаний
микросхем и электроники кремниевых детекторов………………………..28
3.3 Структурная схема и описание основных
режимов работы С.И.М.С. Нуклон……………...................................................30
3.4 Результаты тестирования С.И.М.С. Нуклон….................................................34
1

2. 3.5 Испытания ледеров стриповых
детекторов……………...................................................................................................38
Глава 4. Пучковые испытания Кремниево-вольфрамового
ионизационного калориметра в составе НА Нуклон.............................................42
Заключение……………………….............................................................................................44
Список использованной литературы....................………………………………………….45
Приложения……………………………………………………………………………………46
2

3. Введение
Одним из наиболее важных результатов в физике космических лучей (КЛ),
полученных за последние годы, является открытие в эксперименте PAMELA [8] избытка
позитронов в спектре КЛ по сравнению с предсказанием стандартной модели, избытка
потока электронов и позитронов в экспериментах ATIC [7] и Fermi-LAT [9], а так же
экспоненциального обрыва спектра электронов и позитронов в эксперименте HESS [10].
Это привело к появлению большого числа работ, в которых этот избыток
интерпретируется как сигнал от аннигиляции или распада частиц темной материи [19,
20,11]
Исследование спектра электронов и позитронов КЛ – одна из основных задач
отечественного космического эксперимента Нуклон. Научная аппаратура (НА) Нуклон
состоит из четырёх частей:
- Система измерения заряда (СИЗ)
- Система измерения энергии (СИЭ)
- Система быстрого триггера
- Кремниево – вольфрамовый мини ионизационный калориметр (МИК)
Для считывания и обработки данных с полупроводниковых детекторов МИК в
НИИЯФ МГУ совместно с НИЯУ МИФИ была разработана специализированная
интегральная микросхема (С.И.М.С.) «Нуклон».
Актуальность работы.
Полученные данные экспериментов PAMELA, ATIC, Fermi-LAT, HESS – это
важный результат в современной астрофизике космических лучей высоких энергий,
который нуждается в подтверждении. Одним из способов подтверждения феномена могут
стать данные кремниево-вольфрамового ионизационного калориметра, который создаётся
в рамках эксперимента Нуклон для решения задачи исследования спектра электронно-
позитронной компоненты КЛ в области энергий до 10 Тэв.
Цель работы
Цель работы – провести Монте-Карло моделирование физических процессов,
происходящих в МИК-е, на основе которого разработать блоки регистрирующей
электроники для полосковых (стриповых) кремниевых детекторов кремниево-
вольфрамового ионизационного калориметра эксперимента Нуклон; провести испытания
регистрирующей электроники МИК-а в лабораторных условиях и на ускорительном
комплексе SPS.
3

4. Научная новизна работы
Было проведено Монте-Карло моделирование МИК-а в составе НА Нуклон, в
результате которого был предложен новый метод режекции событий индуцированных
электронами в объёме негомогенного калориметра.
Созданы микросхемы для считывания и обработки сигнала с детектора с
динамическим диапазоном 120 пКл (30 000 МИЧ) (аналогов не существует). Широкий
динамический диапазон позволяет использовать С.И.М.С. Нуклон при больших загрузках
детектора.
Достоверность результатов и выводов
В лабораторных условиях была протестирована работа С.И.М.С. Нуклон и рабочих
плоскостей (ледеров). В ноябре 2011г были проведены пучковые испытания кремниево-
вольфрамового калориметра в составе НА Нуклон на ускорительном комплексе SPS.
Результаты испытаний показали удовлетворительную работу считывающей электроники
детектора. Полученные результаты тестирования достаточно хорошо согласуются с
результатами проведённого Монте-Карло моделирования.
Практическая и научная ценность работы.
- Проведено Монте-Карло моделирование МИК-а в составе НА Нуклон. На основе
моделирования предложен новый метод выделения (режекции) событий индуцированных
электронами в негомогенном калориметре. Данный метод режекции позволит исследовать
спектр электронной составляющей КЛ в области энергий 1-500 Гэв.
- Проведён анализ существующих отечественных микросхем для обработки
сигналов с детектора (в том числе Derandomizer-128 для проекта CBM). В связи с
требуемым для задач эксперимента Нуклон широким динамическим диапазоном, была
выявлена необходимость разработки новой микросхемы С.И.М.С. Нуклон.
- Разработана и протестирована рабочая плоскость (ледер) стриповых кремниевых
детекторов для кремниево-вольфрамового ионизационного калориметра эксперимента
Нуклон.
- Создан универсальный стенд для испытаний микросхем, позволяющий проводить
тестирование как в ручном, так и в автоматическом режиме.
- Протестирована работа первой отечественной разработки 32-х канальной
интегральной микросхемы С.И.М.С. Нуклон для обработки информации с кремниевых
детекторов КЛ.
4

5. Основные положения, выносимые на защиту
На защиту выносятся результаты, полученные в ходе работы над дипломным
проектом:
• В составе научной группы разработана и протестирована регистрирующая
электроника для рабочей плоскости (ледера) стриповых кремниевых детекторов
кремниево-вольфрамового ионизационного калориметра эксперимента Нуклон,
обладающая следующими характеристиками:
- Динамический диапазон 120 пКл (30 000 МИЧ)
- Потребление 1.6 мВт/канал
- Нелинейность передаточной характеристики 2%
- Соотношение сигнал/шум 2.5
• Результаты Монте-Карло моделирования МИК-а и их сравнение с результатами
пучковых испытаний.
Публикации
По результатам тестирования С.И.М.С. Нуклон в журнал «Приборы и техника
эксперимента» принята в печать статья «Испытание 32-канальной интегральной
микросхемы для регистрации сигналов кремниевых детекторов эксперимента «Нуклон»»,
По результатам тестирования микросхемы Derandomizer-128 написана статья в
журнал «Приборы и техника эксперимента».
Дементьев Д. В. выступал соавтором доклада на конференции «Ломоносов» по
теме «Тестирование специализированной интегральной микросхемы для считывания и
предварительной обработки информации с полупроводниковых детекторов научной
аппаратуры НУКЛОН».
Личный вклад автора
• Было проведено Монте-Карло моделирование МИК-а в составе НА Нуклон, в
результате которого были получены требования к регистрирующей электронике
детектора и предложен новый метод режекции событий индуцированных электронами
в объёме негомогенного калориметра.
• Для универсального стенда для тестирования микросхем разработан и изготовлен
блок, контролирующий токи и напряжения стенда и микросхемы, написано
программное обеспечение на основе программного пакета LabView2008.
5

6. • Участие в создании других блоков стенда (плата для преобразования уровней
сигналов, драйвера для выходного сигнала микросхемы С.И.М.С. Нуклон, плата для
тестирования С.И.М.С. Нуклон)
• На основе программного пакета LabView2008 написан блок программы для
управления работой стенда в автоматическом режиме
• Участие в составе научной группы в тестировании микросхемы С.И.М.С. Нуклон для
проекта Нуклон и Derandomizer-128 для проекта CBM
• Участие в составе научной группы в разработке регистрирующей электроники ледера
МИК-а
• Участие в составе научной группы в лабораторных и пучковых испытаниях ледера
стриповых кремниевых детекторов кремниево-вольфрамового ионизационного
калориметра эксперимента Нуклон
• Был проведён анализ физических данных, полученных в результате пучковых
испытаний на ускорительном комплексе SPS, а так же сравнительный анализ
полученных результатов с результатами Монте-Карло моделирования
Объём и структура
Объём диплома без приложений составляет 45 страниц. Для наглядного
представления излагаемого материала использовались 26 рисунков, схем и графиков.
Основная часть диплома разбита на четыре главы:
• Литературный обзор: Краткая информация об эксперименте Нуклон, его задачах и
аппаратуре
• Кремниево-вольфрамовый ионизационный калориметр: анализ физических
процессов, происходящих в объёме установки, с учётом результатов Монте-Карло
моделирования, новый метод выделения электронной компоненты из общего
потока КЛ
• Регистрирующая электроника кремниево-вольфрамового калориметра: краткий
обзор различных методов обработки сигналов с детектора, описание процессов
6

7. разработки и тестирования регистрирующей электроники, анализ результатов
лабораторного тестирования
• Пучковые испытания кремниево-вольфрамового калориметра в составе НА
Нуклон: анализ результатов испытаний, сравнение результатов с Монте-Карло
моделированием
7

8. 1.Литературный обзор
1.1 Исследование космических лучей высоких энергий.
По современным представлениям [1] космические лучи (КЛ) состоят из потока
протонов, ионов различных химических элементов и, в значительно меньшей мере,
электронов, позитронов и других частиц. Поток частиц имеет нетепловое распределение
по кинетической энергии. Величина кинетической энергии частиц, достигающих границ
атмосферы, лежит в большом диапазоне 106 − 1021 эВ, а распределение по энергии частиц
КЛ, в первом приближении, подчиняется степенному закону E γ ( γ = −2.7; −3.1).
Оценка плотности энергии КЛ в Галактике, по доступным на сегодня
экспериментальным данным, составляет ~ 1012 эрг × см−3 , что оказывается сравнимо с
плотностью суммарного электромагнитного излучения звезд в Галактике, либо с энергией
теплового движения межзвездного газа и кинетической энергии его турбулентных
движений, а так же с плотностью энергии магнитного поля Галактики [1]. Исходя из
энергетического баланса, КЛ являются одной из важнейших компонент видимой части
вещества Галактики, поэтому объяснение происхождения и распространения КЛ является
одной из фундаментальных задач астрофизики.
Основными параметрами КЛ являются заряд частицы КЛ и величина ее
кинетической энергии. По совокупности статистических данных делается вывод о
распределение частиц КЛ по зарядам (химический состав КЛ), и распределение по
энергии (энергетические спектры КЛ). По этим основным характеристикам КЛ, с учетом
данных астрофизики во всех диапазонах энергии, строятся модели происхождения,
ускорения и распространения КЛ, которые являются неотъемлемой частью общих
моделей Галактики и Вселенной в целом.
Можно отметить следующие основные методические сложности в исследованиях
первичного потока КЛ[2]:
В отличие от изучения космических объектов методами астрономии в оптическом,
радио, рентгеновском и гамма диапазонах электромагнитного излучения, когда известно
направление на исследуемый объект, изучение возможных источников КЛ осложняется
тем, что заряженные частицы КЛ подвержены воздействию магнитных полей Галактики и,
попадая в регистрирующую аппаратуру у Земли, практически полностью теряют
первоначальное направление от источника. Это подтверждено отсутствием анизотропии
КЛ во всем энергетическом диапазоне. Поэтому интерпретация экспериментальных
данных по химическому составу и энергетическим спектрам КЛ является объективно
8

9. трудной задачей. Это многофакторная задача одновременной интерпретации процессов
рождения, ускорения и транспортировки КЛ.
Поскольку частицы КЛ это, главным образом, протоны и ионы, то
первичный поток КЛ не достигает поверхности земли и даже самых высоких гор: по мере
вхождения в плотные слои атмосферы происходят многочисленные ядерные
взаимодействия. Поэтому существует два пути изучения КЛ:
• Вынос регистрирующей аппаратуры за границу плотных слоев атмосферы при
помощи высотных аэростатов или космических аппаратов (КА) - прямое
исследование КЛ,
• Исследование КЛ по регистрации на земле продуктов взаимодействия первичного
потока с атмосферой - косвенное исследование КЛ.
На рис.1, изображена совокупность данных, полученных прямыми методами
исследования КЛ за последние 40 лет [3].
Из рисунка видно, что разброс данных в области более 1 ТэВ велик, и спектры
разных ядер (на рисунке для примера приведены спектры ядер гелия и железа) не
описываются стандартной моделью происхождения КЛ. Поэтому экспериментальные
данные требуют значительного уточнения в области более 1 Тэв.
В области энергий < 1012 эВ энергетические спектры и химический состав КЛ в
целом экспериментально изучен, включая «тонкую» структуру состава. Под «тонкой»
структурой понимается регистрация в общем потоке частиц КЛ редких ионов
интенсивность которых на порядок ниже общего потока.
- в области энергий 1012 − 1014 эВ определен химический состав наиболее
распространенных компонент КЛ, но, как видно из рисунков, уже в области более 1012
эВ на нуклон разброс характеристик очень велик;
- данные по химическому составу и по абсолютной интенсивности суммы всех компонент
КЛ в области энергий 1014 − 1015 эВ носят противоречивый характер у разных групп
исследователей и не имеют достаточной статистической обеспеченности.
- прямых данных о КЛ при энергиях > 1015 эВ практически нет (на сегодня
зарегистрировано лишь 4 ядра при Е> 1015 эВ)
9

10. Рис.1 Спектры протонов, ядер гелия и железа, полученные в КЛ. Линии – стандартная
модель происхождения КЛ .Стрелками отмечено т.н. «Колено» в спектре КЛ.
Демонстрируемый выше разброс в данных показывает, что трудно ожидать
решение задачи интерпретации феномена «колена» КЛ наземными установками в
ближайшем будущем [4]. Это свидетельствует о том, что необходимы измерения, где
заряд частицы измеряется прямыми методами.
И только новые эксперименты, охватывающие широкий диапазон зарядов и
энергий (до «излома» Е~ 1015 эВ), которые будут иметь достаточный статистический объем
полученных данных; эксперименты, которые, с одной стороны, дадут возможность
связать между собой полученные ранее данные прямых исследований во всем диапазоне
от 1011 до 1015 эВ, а с другой стороны дадут абсолютную калибровку данных для
косвенных исследований в области > 1015 эВ, такие эксперименты могут проверить
существующие теоретические концепции, и будут служить основанием для новых
исследований в этой важной области астрофизики.
Таким образом, можно сформулировать основную научную задачу требующую
решения в ближайшие годы: Проверка астрофизических моделей рождения,
ускорения и распространения космических лучей высоких энергий в Галактике при
10

11. помощи определения энергетических спектров и химического состава КЛ высоких
энергий в экстремально широком энергетическом диапазоне 1011 − 1015 эВ/частица.
Эти цели ставит перед собой новый эксперимент Нуклон.
1.2 Общая конструкция научной аппаратуры НУКЛОН
Основная концепция эксперимента НУКЛОН – это создание научной аппаратуры
относительно небольшого веса (менее 200 кг) и габаритных размеров (менее 1.0 м3),
способной решать актуальные задачи экспериментальной физики космических лучей в
широком диапазоне энергий от 1011 до 1015 эВ.
Аппаратура создается на основе новой
методики энергетических измерений,
KLEM (Kinematic Lightweight Energy
Meter)[5]. Резкое уменьшение массы
аппаратуры достигается тем, что в
проектируемом спектрометре
осуществляется регистрация
пространственной плотности вторичных
частиц (с помощью микростриповых
кремниевых детекторов), рожденных в акте неупругого взаимодействия частицы с ядром
мишени на нескольких уровнях развития на начальной стадии ядерно-электромагнитного
каскада.
Научная аппаратура НУКЛОН представляет собой "слоистую" структуру с
габаритными размерами активной части прибора ~500х500х320 см 3 [2]. Всего имеется 15
слоев (рис. 2). Последовательность размещения слоев по направлению зенит-надир:
1, 2, 3 - слои составляют систему измерения заряда (СИЗ), каждый из которых состоит из
двух слоёв падовых детекторов, размещенных на сборных дюралевых конструкциях,
4 – углеродная мишень,
5, 7, 8, 10, 11, 13 – микростриповые детекторы расположенные с двух сторон на
дюралевой конструкции внутри которой размещен вольфрам толщиной 1.75 мм (0.5
радиационной длины р.д.).
6, 9, 12 - три слоя ортогонально размещенных сцинтилляционных стрипов
сцинтилляционной системы быстрого триггера.
14 - Кремниево-вольфрамовый мини-калориметр
15 - Блок служебной электроники
11

12. Рис 2. Схема аппаратуры Нуклон
Планируемое время экспозиции (расчётное время работы аппаратуры) - 5 лет,
геометрический фактор для установки (без мини-калориметра) ~0.4 м 2 /ср [6].
1.3 Кремниево-вольфрамовый ионизационный калориметр
Необходимость введения кремниево-вольфрамового ионизационного калориметра
в состав аппаратуры НУКЛОН вызвано, например, следующими обстоятельствами: в
октябре 2008 г. были опубликованы результаты аэростатного эксперимента ATIC, в
которых были представлены сенсационные данные о неоднородности в спектре
электронов[7]. Эксперименты в этой области ближайшие годы не планировались (у
обсерватории GLAST верхний энергетический порог - 300 ГэВ). Поэтому, была
рассмотрена возможность дополнения аппаратуры Нуклон, с целью расширения научной
задачи в части возможности выделения из общего потока космического излучения
электромагнитной компоненты.
Сложность задачи состоит в том, что спектрометр KLEM принципиально не имеет
возможности выделения электромагнитной компоненты – не возникает развитого
электромагнитного каскада. Поэтому доработка предполагает, в первую очередь,
добавление в состав аппаратуры ионизационного калориметра (ИК). Эксперимент
НУКЛОН использует массово-габаритные резервы спутника, поэтому полноценный ИК
12

13. не может быть установлен из-за массовых ограничений. Единственная возможность это
разместить под спектрометром KLEM мини- ионизационный калориметр (МИК).
Схема компоновки МИК представлена на рис. 3. Основу МИК составляет 6 слоёв
из вольфрамового сплава толщиной ~2 р.д. После каждого такого слоя установлены
плоскости с четырьмя ледерами полосковых (стриповых) детекторов, каждая плоскость
повёрнута относительно предыдушей на 90 градусов. Использование падовых детекторов
затруднено тем фактом, что каскад в вольфраме имеет достаточно узкий поперечный
размер (~1-2 см), что требует очень большого динамического диапазона для считывающей
электроники, превышающего динамический диапазон С.И.М.С. Нуклон. Дизайн
стриповых детекторов – толщина 450 мкм, расстояние между стрипами 1 мм.
Рис. 3. Схема компоновки Кремниево-вольфрамового калориметра.
Задачи для кремниево-вольфрамового ионизационного калориметра:
1. Выделение из общего потока космического излучения электромагнитной
компоненты
2. Калибровка KLEM-спектрометра НУКЛОН на орбите.
1.4 Эксперименты по исследованию неоднородностей в спектре электронов КЛ.
Одним из наиболее важных результатов в физике космических лучей (КЛ),
полученных за последние годы, является открытие в эксперименте PAMELA [8] избытка
позитронов в спектре КЛ по сравнению с предсказанием стандартной модели, а так же
избытка потока электронов и позитронов в экспериментах ATIC [7] и Fermi-LAT [9],
экспоненциального обрыва спектра электронов и позитронов в эксперименте H.E.S.S. [10].
Это привело к появлению огромного числа работ, в которых этот избыток
13

14. интерпретируется как сигнал от аннигиляции или распада частиц темной материи ([19],
[20], ссылки в [11].
В случае, если эти предположения окажутся верны, то можно будет утверждать, что
появилась первая возможность установить хотя бы некоторые свойства этой субстанции.
Рис. 4. Спектры электронов, полученные в различных прямых экспериментах и
расчеты по программе GALPROP: Линии – стандартная модель.
1.5 Вывод
Основные задачи, которые ставит перед собой эксперимент Нуклон:
1. Определение энергетических спектров и химического состава КЛ высоких энергий
в экстремально широком энергетическом диапазоне 1011 − 1015 эВ/частица. В
настоящий момент нет данных прямых измерений этой области энергий, а данные
косвенных эксперементов по исследованию широких атмосферных ливней
обладают маленькой статистикой и требуют подтверждения. Анализ полученных
данных позволит проверить существующие астрофизические модели рождения,
ускорения и распространения космических лучей высоких энергий в Галактике
2. Исследование спектра электронно-позитронной компоненты КЛ. На данный
момент существуют данные экспериментов ATIC, HESS, Fermi-LAT и PAMELLA,
которые требуют подтверждения.
Поставленные задачи предъявляют высокие требования к аппаратуре: массово-
габаритные резервы спутника не позволяют использовать тяжёлую и объёмную
14

15. установку. Однако для разделения событий, индуцированных адронами и электронами
необходимо количество вещества, в котором будет наблюдаться развитой
электромагнитный и адронный ливень. Эта задача решается при помощи
- методики KLEM для для измерения энергии частиц
- Дополнительного ионизационного калориметра (МИК) с меньшей аппертурой
15

16. 2. Кремниево-вольфрамовый ионизационный калориметр
2.1 Выделение электронной компоненты в ионизационном калориметре
Автором было проведено Монте-Карло моделирование кремниево-вольфрамового
ионизационнного калориметрта эксперимента Нуклон c помощью програмного пакета
GEANT4 9.4 и генератора адронных взаимодействий QGSC_BERT. Моделировалось
развитие электромагнитного и адронного каскадов в калориметрическом объёме
детектора, при этом приследовались следующие цели:
1. Описать развитие электромагнитного и адронного каскадов в калориметре для
разных первичных частиц – электронов и протонов. Показать возможность
выделения электронной компоненты с помощью выбранных параметров
2. Обосновать необходимый широкий диапазон считывания для регистрирующей
электронной аппаратуры детектора.
Задача разделения событий, индуцированных электронами и протонами,
осложняется тем, что электронов в КЛ много меньше чем протонов. Так например
соотношение дифференциальных потоков электронов с энергией 100 ГэВ и протонов с
энергией 500 ГэВ составит ~0.3 [12]. Это ставит жёсткие требования к критериям отбора
электронных событий. Для этих целей планируется использовать нейронную сеть с 8
параметрами, характеризующими развитие электромагнитного и адронного ливня. По
результатам моделирования вероятность регистрации события составляет 87% для
электрона и 93% для протона [13]. Оценка эффективности данной методики по
результатам пучковых испытаний требует проведения объёмного анализа, поэтому перед
автором была поставлена задача создать более простой алгоритм выделения электронной
компаненты с меньшим числом параметров для предварительной проверки
работоспособности аппаратуры в результате испытаний на ускорителе SPS.
2.2 Описание метода выделения электронной компоненты
В определённой мере ситуацию упрощает то обстоятельство, что в эксперименте
измеряется не полная энергия протона, а фактически энергия гамма-квантов, рожденных в
первом неупругом взаимодействии. В то же время большая часть энергии электрона
выделяется внутри установки.
Рождённые в результате неупругих взаимодействий протона в мишени,
нейтральные пи-мезоны распадаются на 2 гамма кванта, которые создают
электромагнитный каскад в вольфрамовом конвертере.
π 0 → 2γ
16

17. Суммарная энергия образовавшихся гамма-квантов, связана с энергией первичной
частицей через парциальный коэффициент неупругости K γ :
Eγ = Kγ × E0 ;
1
dσ π 0
Kγ = σ −1 ∫ xπ 0 dxπ 0 ;
0
dxπ 0
Где σ — эффективное сечение рождения вторичны частиц при энергии налетающей
частицы E0 , xπ 0 = Е/ E0 - относительная энергия π 0 -мезонов, генерируемых с
эффективны сечением dσ π / dxπ .
В [14] показано, что параметр K γ не зависит от энергии налетающей частицы и его
можно считать константой для данного вещества. Для графита парциальный коэффициент
неупругости ~0.2
Исходя из данных соображений, электрон может имитироваться протоном с
энергией в 5 раз больше (1/Kγ). Диапазон исследуемых энергий составил 1 – 500 Гэв.
Моделирование проводилось для протонов, электронов и пионов.
Структура калориметра, с которой проводилось моделирование, представлена на рис. 5
Физический объём кремниевых детекторов был разбит на стрипы шириной 1 мм и
толщиной 450 мк. Событие считается зарегистрированным, когда частица попадает в
вещество детектора, после чего данные события записываются. Считается, что вся
энергия, выделившееся в веществе детектора регистрируется.
Процесс развития электромагнитного каскада, в отличие от адронного, на данный
момент можно считать изученным [15]. Максимум каскада достигается в тот момент,
когда энергия частиц становится недостаточной для дальнейшего размножения. С этого
момента каскад затухает вследствие ионизационных потерь электронов и комптоновского
рассеяния фотонов. Этот момент характеризуется критической энергией Ec
поглотителя.
Ec
- это энергия, при которой потери электрона на излучение сравниваются с потерями
электронов на ионизацию. Для твёрдых тел и жидкостей она может быть оценена по
формуле [15]:
610Мэв
Ec =
Z + 1.24
Продольное развитие каскада может быть описано формулой[15]:
dE (bt )a −1 c −bt
= E0b (1)
dt Г (а)
Где t- расстояние, выраженное в радиационных длинах,
17

18. E0 - энергия первичного электрона, a и b - некоторые константы, зависящие от E0 .
Рис. 5. Модель Калориметра
Положение максимума ливня можно определить по следующим формулам:
tmax = (a − 1) / b = 1.0 × (ln y + C j ) (2)
Где y = E/ Ec ,
С= -0.5
для ливня, индуцированного электроном или позитроном ,
С = +0.5 для ливня, индуцированного гамма.
Обычно принимают
b~0.5
Продольное развитие ливня принято описывать при помощи Мольеровского радиуса Rm :
Rm = X 0 Es / Ec (3)
Где X 0 –радиационная длина в веществе, Es = 21 Мэв
Мольеровский радиус – это радиус цилиндра, внутри которого содержится 90%
выделенной энергии э/м каскада.
Для более эффективного выделения электронной компоненты из спектра КЛ,
необходимо, чтобы точка максимума электромагнитного ливня лежала в обьёме
детектора. На рис. 6 представлены типовые каскадные кривые вольфраме для e (0.5 Тэв)
и p (2.5 Тэв). Результаты моделирования совпадают с результатом вычислений по
18

19. формуле (1) – максимум каскада достигается на глубине 3,8 см (10,8 р.д.). Очевидно, что в
KLEM спектометре НУКЛОН невозможно выделить электронную компоненту – толшина
вольфрама там составляет всего 12 мм, и электромагнитный каскад не успевает развиться.
Толщина вольфрама в МИКе – 45 мм. Это позволяет наблюдать максимум
электромагнитного каскада при средних энергиях электронов до 5 Тэв, и протонов до 25
Тэв.
Требуется описать каскад на основе измеряемых показателей конечным,
достаточно малым, числом параметров, различных для каскадов разных типов. Исходные
предпосылки для выбора набора параметров опираются на различие свойств адронного и
электромагнитного каскадов.
В адронном каскаде (в отличие от электромагнитного) в первом взаимодействии
рождается, как правило, несколько гамма-квантов с разными энергиями и углами вылета.
Поэтому в поперечном сечении адронный каскад пространственно шире
электромагнитного. Продольное развитие каскадов разных типов также различается. В
случае адронного каскада максимум заметно шире из-за суперпозиции отдельных ливней,
создаваемых разными гамма-квантами из первого взаимодействия, и взаимодействий
вторичных адронов. Для негомогенного калориметра можно утверждать, что
электромагнитный каскад развивается внутри конуса.
Кроме того, должны заметно различаться начальные участки каскадов.
Электромагнитный каскад начинается в первых же слоях вольфрама, ионизация на
начальном этапе нарастает по экспоненте. Первичный протон может проскочить мишень и
первые слои вольфрама. В этом случае наблюдается только ионизация от однозарядной
частицы. При большой глубине первого неупругого взаимодействия каскад не успеет
развиться до максимума, а наибольшее энерговыделение будет в последнем слое
детекторов. Если же первое неупругое взаимодействие произошло в мишени, то помимо
электронов в каскаде есть определенное количество заряженных адронов. Поэтому форма
начальной части каскада отличается от экспоненциальной.
19

20. Рис 6. Каскадные кривые в НУКЛОНЕ
Исходя из этих соображений были выбранны следующие параметры:
1. χ 2 . Для каждого события строится зависимость радиуса цилиндра для каждой
плоскости МИК-а, в котором происходит 90% ионизационных потерь от расстояния
между данной плоскостью и точкой начала ливня, которая автоматически считается
первым слоем вольфрама в СИЭ. Эта зависимость фитируется полиномом 1-ой
степени с помощью метода наименьших квадратов, и полученное значение
функционала хи-квадрат ( χ 2 ) берётся в качестве первого параметра ливня.
2. Xmax. Координата максимума ливня. Полученные данные энерговыделения по
плоскостям микрокалориметра фитируются зависимостью (1), и координата
максимума считается по формуле (2) через параметры фитирования
3. σ . Поперечное сечение ливня в плоскости с максимальным энерговыделением
фитируется нормальным распределением и в качестве 3-го параметра используется
дисперсия распределения.
20

21. 2.3 Результаты Монте-Карло моделирования
Рис 7 . Распределение χ 2 для протонов, электронов и пионов
Рис. 8. Распределение координаты максимума для протонов, электронов и пионов
21

22. Рис 9. Распределение σ для протонов, электронов и пионов
Рис. 10. Двумерные гистограммы для параметров режекции. Протоны 500 Гэв (синим) и
электроны 100 Гэв (красным)
22

23. Так как дифференциальные сечения для протонов с энергией 500 Гэв и электронов
с энергией 100 Гэв в КЛ отличаются на порядок, то основным критерием качества
режекции электронной компоненты является отношение Np_det/Np_tot, где Np_det –
количество протонных событий, определённых как электронные, Np_tot – общее
количество протонных событий. Исходя из этих соображений были выбраны следующие
ограничения на соответствующие параметры режекции:
0 < Lg( χ 2 ) < 2.5
5 < Xmax <8.5 р.д.
0 < σ < 0.18 р.д.
Для полученного алгоритма режекции:
Np_det/Np_tot = 5 ×10−3
Ne_det/Ne_tot = 55 ×10−2
Вывод:
На основе данных Монте-Карло моделирования предлагается новый метод
режекции электронной компоненты. Достоинства предлагаемого алгоритма заключаются
в малом числе параметров, по которым осуществляется отбор и «прозрачность» метода.
Это позволит осуществить быстрый первичный анализ данных, полученных в результате
пучковых испытаний.
2.4 Требования к регистрирующей аппаратуре
Огромные ионизационные потери в плоскостях МИКа и маленький мольеровский радиус
вольфрама создают большую загрузку чувствительных областей детектора, что делает
невозможным использование считывающей электроники детекторов СИЭ в МИКе
Максимальные загрузки стрипа промоделированны для электронов (5 Тэв) и
протонов (25 Тэв). Для электронов максимальные нагрузки на один стрип составляют до
10 000 мич (минимальная ионизирующая частица – частица, удельные ионизационные
потери которой близки к минимуму), для протонов 30 000 МИЧ. Рис 11. Для тяжёлых ядер
максимальное энерговыделение в стрипе меньше из-за более широкого пространственного
распределения каскада.
23

24. Рис. 11 Распределение максимального сигнала в стрипе ледера кремниево-вольфрамового
ионизационного калориметра для электронов с энергией 5 Тэв (на рисунке красным
цветом) и протонов с энергией 25 Тэв (чёрным цветом).
24

25. 3. Регистрирующая электроника кремниево-вольфрамового
калориметра.
3.1 Современные микроэлектронные методы регистрации сигналов
микрополосковых кремниевых детекторов
В экспериментальных исследованиях космических лучей на высотных (космических)
аппаратах широко используются кремниевые детекторы с интегральной электроникой
считывания [7,8,21]. Сферой применения кремниевых детекторов являются трековые
системы, системы измерения заряда частиц космических лучей и калориметрические
системы. Основными параметрами, определяющими качество каждой из этих систем,
являются отношение сигнал-шум и динамический диапазон входных сигналов. Трековые
системы не требуют большого динамического диапазона сигналов (как правило,
достаточно регистрации нескольких однозарядных частиц), с другой стороны необходимо
высокое отношение сигнал-шум (более 10). В случае измерения заряда, динамический
диапазон сигналов возрастает до тысяч однозарядных частиц, а требования к шумам могут
быть снижены до отношения сигнал-шум 5-7. В калориметрии требования к
динамическому диапазону еще выше – десятки тысяч однозарядных частиц.
Важными параметрами считывающей электроники космического эксперимента
являются потребляемая мощность, массогабаритные показатели и надежность.
При разработке многоканальных микросхем для съёма и обработки информации с
кремниевых детекторов применяются два принципиально разных метода регистрации
сигналов: с использованием внешнего триггера и метод асинхронной обработки потока
данных (data driven).
Общая схема работы микросхем, использующих сигнал внешнего триггера, выглядит
следующим образом. Сигнал стрипового (полоскового) детектора в виде импульса тока
поступает на вход зарядочувствительного усилителя (ЗЧУ), который преобразует его в
выходное напряжение. Затем сигнал обрабатывается усилителем-формирователем для его
укорочения и улучшения отношения сигнал-шум. При подаче внешнего управляющего
сигнала (триггера), устройство выборки-хранения (УВХ) запоминает амплитуду с выхода
усилителя-формирователя. Управляющий сигнал должен быть подан в момент, когда
напряжение на выходе усилителя–формирователя достигла своего максимума. Сигнал с
УВХ может быть считан в частности через управляемый сдвиговым регистром выходной
мультиплексор и выходной каскад. Пример – микросхема НУКЛОН- разработана в
НИИЯУ МИФИ совместно с НИИЯФ МГУ
25

26. Преимущества метода:
• Обрабатывается только та информация, которая определяется параметрами
триггерной системы (несколько уровней триггера), тем самым сокращается
информационный поток для последующей обработки.
Недостатки:
• Большое время считывания сигнала (зависит от скорости считывания)
• потери информации при максимальных загрузках каналов (во время
считывания сбор данных прекращается).
• Считываются каналы, в которых отсутствуют данные, поэтому дальнейшее
сокращение информационного потока может производиться после
мультиплексирования данных
Метод асинхронной обработки потока данных состоит в том, что в каждом канале
микросхемы определяется наличие полезной информации для каждого события,
фильтруются шумовые и ложные события . Как правило, полезность данных определяется
по простому критерию, например, по превышению амплитуды сигнала над заданным
порогом [16]. Таким образом, осуществляется анализ данных в масштабе, близком к
реальному времени. Общая схема обработки данных такова: сигнал поступает на ЗЧУ,
затем обрабатывается усилителем-формирователем и поступает на вход компаратора.
Если амплитуда сигнала превышает заданную, то сигнал оцифровывается и дальнейшее
прохождение данных через устройство микросхемы и их вывод на выход микросхемы
осуществляется синхронно по внешним тактовым импульсам.
В качестве примера можно привести микросхему Derandomizer-128. Микросхема
разработана в НИИЯУ МИФИ совместно с НИИЯФ МГУ для эксперимента CBM
(Германия). Особенностью данной микросхемы является применение системы
дерандомизации, предназначенной для быстродействующей передачи данных из канала
считывания, в котором произошло событие, в свободный канал обработки данных (в
пиковый детектор, а затем в АЦП). Число входов микросхемы больше чем число выходов.
Зная вероятность прихода события в канал, а также время считывания сигнала, можно
определить необходимое количество каналов обработки. Учитывая параметры
физического эксперимента CBM, было рассчитано оптимальное соотношение каналов
считывания и обработки (фактор дерандомизации), и исходя из этого построена система
дерандомизации с архитектурой 128 → 16 (128 входных каналов и 16 пиковых
детекторов) [16].
26

27. Преимущества метода асинхронной обработки потока данных:
• Обработка сигнала происходит практически в реальном времени, т.к. принятие
решения о полезности данных осуществляется практически за время фронта
сигнала детектора.
• Небольшая мощность, рассеиваемая кристаллом микросхемы, за счёт снижения
количества аналого-цифровых преобразователей (а.ц.п.) при использовании
аналогового дерандомайзера,
• При определенной загрузке каналов не происходит потерь данных.
Недостатки метода:
• Трудно реализовать систему без потерь данных при большой загрузке каналов.
Исследования микросхемы этого типа FSSR2 в НИИЯФ МГУ показали, что потерь
информации не происходит, если загрузка 128 каналов не превышает 20% [16]
• Большой объем информации, поскольку все сигналы (полезные и нет)
превышающие порог, поступают на дальнейшую обработку. Триггерная система
служит более эффективным фильтром для снижения объема данных.
Аппаратура «НУКЛОН», имеет три кремниевых субсистемы:
• Систему измерения заряда (СИЗ) пролетающей частицы;
• Калориметрическую систему, выполненную как комбинацию калориметра и
аппаратуры кинематического метода определения энергии KLEM.
• МИК
Метод асинхронной обработки потока данных сравнительно новый, в настоящее
время, кроме FSSR2, не существует серийных микросхем, реализованных по этому
принципу.
В СИЗ для обработки сигналов с падовых кремниевых детекторов используются
микросхемы CR-1, разработанные для экспериментов PAMELLA и ATIC. В KLEM –
спектрометре используются микросхемы VA32 HDR14.2. В МИКе для съёма и обработки
сигналов со стриповых кремниевых детекторов применяются С.И.М.С. НУКЛОН.
Результаты моделирования физических процессов для эксперимента «НУКЛОН»
показали высокие требования к электронике считывания кремниевых детекторов МИКа, в
частности, для динамического диапазона, который должен составлять не менее 100 пКл
(см. главу 2). Указанный диапазон впервые реализован в микросхеме С.И.М.С. НУКЛОН
[17].
27

28. Базовые технические требования, которым должна удовлетворять микросхема
считывания сигналов с детекторов, были получены исходя из поставленной физической
задачи и возможности её использования на космическом аппарате [2]:
• динамический диапазон - не менее 100 пКл
• время формирования максимума сигнала - не более 3 мкс
• соотношение сигнал-шум для ёмкости детектора 100 пФ - не менее 2.5
• потребление - не более 3.5 мВт/канал
• частота считывания аналогового сигнала на выходе - не менее 3 МГц.
Разработанная НИИЯУ МИФИ совместно с НИИЯФ МГУ 32-х канальная
специализированная интегральная микросхема (С.И.М.С.) НУКЛОН позволяет
обеспечить решение физических задач проекта «НУКЛОН» в МИК. Микросхема
использует сигнал внешнего триггера.
3.2 Универсальный стенд для испытаний микросхем и электроники кремниевых
детекторов
Для проведения тестирования микросхем и электроники кремниевых детекторов был
создан универсальный стенд, который, с одной стороны, позволяет исследовать поведение
микросхем максимально в автоматическом режиме, с другой стороны, он так же даёт
возможность проводить исследования в ручном режиме. К настоящему времени на этом
стенде были протестированы две микросхемы С.И.М.С. НУКЛОН и Derandomizer 128.
Схема стенда приведена на рис. 12. В качестве генератора цифровых импульсов,
имитирующих сигнал с триггерной системы, и временной диаграммы (тактовые импульсы
и другие сигналы, используемые для управления аналоговой и цифровой частями
микросхем) используется программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС),
установленная на плате Spartan-3E. ПЛИС управляется с ПК через usb-порт. Есть
возможность одновременно использовать три генератора цугов, четыре генератора
одиночных импульсов и два генератора прямоугольных импульсов. Формируемые
сигналы являются логическими униполярными, с уровнями «нуля» и «единицы» 0 -- +3.3
В.
Для работы с микросхемами с биполярными логическими уровнями (такие как
С.И.М.С. НУКЛОН) используется плата преобразования уровня сигналов : униполярные
(0 -- + 3.3 В) сигналы переводятся в биполярные (-1.65 В -- +1.65 В). Плата построена на
эмиттерных повторителях (рис. 13) со сдвигом уровня напряжения.
28

29. Для контроля потребляемой мощности исследуемой микросхемы используется 16-
канальный АЦП La2 USB, который осуществляет обмен данными с ПК. На экран
одновременно выводится информация о токах и напряжениях на 16-ти выбранных
каналах; при превышении заданного пользователем критического уровня тока, подаётся
звуковой сигнал.
Для подачи импульса, имитирующего сигнал с детектора, используется прецизионный
16-ти разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Роль триггера выполняет
сигнал, подаваемый ПЛИС.
Поведение микросхемы исследуется с помощью цифрового осциллографа Tektronix
2014b (3034c) и АЦП с многоканальным коммутатором National Instruments 6259.
Информация с этих приборов так же поступает на ПК и обрабатывается в режиме
реального времени.
Блок Источник
Источник
коммутации питания
питания
постоянного
постоянного АЦП с тока
тока многоканальным
Цифровой коммутатором АЦП с
вольтметр La2 USB многоканальным
Agilent 3441a коммутатором
1 (руднев и сервисный ЦАП
шиляев) National
Instruments 6259
Цифровой
(16 разрядов)
вольтметр Стенд с исследуемой
50
HP 3478a микросхемой O
m
Осциллограф
Преобразователь LeCroy
уровня 9304A
Прецизионный
ЦАП(16 разрядов)
Осциллограф
ПЛИС Tektronix
Spartan 3 E PC
2014b (3034c)
Рис.12. Блок-схема универсального стенда для тестирования микросхем и электроники
кремниевых детекторов.
29

30. Рис. 13. Схема преобразователя уровня для одного из каналов.
Для максимальной автоматизации работы стенда, была написана программа с
использованием программного пакета LabView. По приходу триггерного сигнала с ПЛИС
Spartan-3e, ЦАП выдаёт сигнал заданной амплитуды, который через проходную ёмкость
подаётся на вход микросхемы, имитируя зарядовый сигнал с детектора. Выходной сигнал
микросхемы поступает на вход осциллографа Tektronix 3034c, и далее через usb-кабель на
ПК, где в автоматическом режиме происходит обработка сигнала. Меняя амплитуду
входного сигнала, программа позволяет исследовать передаточную характеристику
исследуемой микросхемы. Полученные результаты записываются в текстовый файл.
Данная программа позволяет сильно упростить набор большого количества
статистических данных, необходимых для поведенческого исследования микросхемы.
3.3 Структурная схема и описание основных режимов работы С.И.М.С. Нуклон
Разработанная микросхема предназначена для считывания и обработки сигналов с
микрополосковых кремниевых детекторов калориметрической системы в широком
динамическом диапазоне сигналов. Микросхема имеет аналоговую и цифровую части, ее
структура показана на рис.14.
30

31. Аналоговая часть состоит из 32-х рабочих каналов считывания сигналов с
кремниевых детекторов и двух тестовых, расположенных у краев кристалла для снижения
технологического разброса параметров основных каналов и имеющих идентичную
основным каналам структуру. У тестовых каналов на внешние контактные площадки
дополнительно выведены промежуточные наиболее характерные сигналы, для более
детального исследования отдельных узлов аналоговой части С.И.М.С..
Цифровая часть С.И.М.С. выполняет 2 основные функции:
1. пост-аналоговая обработка, выполняемая межканальным мультиплексором и
управляющим сдвиговым регистром;
2. калибровка каналов.
В микросхеме также используются дополнительные аналоговые блоки для установки
термостабильных опорных потенциалов и выходной каскад, выполненный по схеме
преобразования «напряжение-ток» (на рис. 1 «U → I»).
На рис. 15 показана структура аналогового канала считывания сигналов.
На входе каждого канала стоит зарядочувствительный усилитель (ЗЧУ), который
преобразовывает сигнал микрополоскового детектора (в форме импульсов тока или
Рис. 14. Структурная схема С.И.М.С. Нуклон
31

32. Рис. 15. Структурная схема аналоговой части отдельного канала
заряда) в выходное напряжение. Режим ЗЧУ оптимизирован для работы с положительным
зарядом, поступающим от детектора. При этом как входной, так и выходной режимные
потенциалы ЗЧУ соответствуют +1.15В (определяется напряжением питания VDD (+1.65
В) и пороговым напряжением U входного транзистора 0.50 В). Выходные сигналы ЗЧУ
ЗИ
имеют отрицательную полярность.
Принципиальной особенностью разработанной схемы ЗЧУ является разделение
полного динамического диапазона (от шумов до насыщения) на два поддиапазона [18].
Точка перегиба передаточной характеристики находится при значении входного заряда
около 3 пКл. Это с одной стороны позволяет в области малых амплитуд обеспечить более
высокий наклон передаточной характеристики и тем самым достигнуть
удовлетворительного отношения сигнал/шум, а с другой – в области больших сигналов
обеспечить меньший наклон и тем самым расширить динамический диапазон «сверху» до
100 пКл. Переключение поддиапазонов в разработанной схеме происходит автоматически
Второй каскад после ЗЧУ является усилителем-формирователем, представляющий
собой схему полосового СR-RC активного фильтра 1-го порядка. Время достижения
максимума сигнала на выходе формирователя составляет около 3 мкс. Основное
назначение фильтра состоит в укорочении длительности сигнала до единиц микросекунд
и тем самым в повышении загрузочной способности канала до 100 кГц. Вторая функция
усилителя-формирователя – улучшение соотношения сигнал-шум (функция шумового
фильтра) в канале.
Следующим блоком аналогового канала С.И.М.С. является устройство выборки–
хранения (УВХ), предназначенное для фиксации амплитудного значения на выходе
усилителя-формирователя по внешнему управляющему логическому сигналу. Схема
выборки-хранения построена на основе ключа на комплементарных транзисторах. Для
32

33. хранения сигналов УВХ используется емкость номиналом 1 пФ. В качестве буферного
повторителя использована схема однокаскадного операционного усилителя со 100%
обратной связью.
Для более удобной обработки информации, в микросхеме реализована возможность
последовательного считывания 32-х аналоговых каналов через дифференциальный
токовый выход. Сигнал с токового выхода может считываться как относительно земли,
так и относительно опорных потенциалов.
В рабочем режиме работы входы ЗЧУ подключаются к детектору по переменному
току (через разделительный конденсатор).
Микросхема имеет возможность внешних регулировок для измерения и
оптимизации параметров, в частности смещения ЗЧУ (prebias1, prebias2, VFP).
Типовые осциллограммы, отражающие обработку сигналов в каждом канале микросхемы,
показаны на рис. 16. При пролете ионизирующей частицы cгенерированный детектором
сигнал (импульс тока), поступает в канал, в котором интегрируется на емкости обратной
связи ЗЧУ. На выходе ЗЧУ формируется отклик, амплитуда которого пропорциональна
входному заряду.
Входной сигнал (1Вдел)
Выход УВХ
Выход ЗЧУ (200мВдел)
(200 мВдел)
Выход усилителя-
формирователя
(200мВдел)
Рис. 16. Типовые осциллограммы в аналоговом канале
Схема цифровой части С.И.М.С. имеет 2 режима работы: рабочий (основной) режим
считывания-мультиплексирования детекторных сигналов и калибровочный тестовый
режим, при котором осуществляется подача тестового воздействия через калибровочную
емкость последовательно на каждый из входов 32-х ЗЧУ С.И.М.С..
В рабочем режиме по управляющему сигналу начинается цикл считывания. За
каждый такт цикла, в выходной каскад последовательно передаются данные из рабочих
каналов. По завершению считывания 32-х каналов вырабатывается логический сигнал
завершения считывания, переводящий микросхему в режим регистрации входных
сигналов.
33

34. В тестовом режиме, на входы ЗЧУ 32-х рабочих каналов последовательно подаётся
сигнал через внешнюю калибровочную ёмкость. Для этого в С.И.М.С. предназначена
специальная внешняя контактная площадка. Выходная логическая схема при этом
работает так же, как и в рабочем режиме.
3.4 Результаты тестирования С.И.М.С. Нуклон
Для проведения лабораторных испытаний интегральные микросхемы были
размещены в керамические корпуса типа CLCC84.
В таблице 1 представлены основные параметры С.И.М.С..
Таблица 1
Параметры С.И.М.С.
Полярность входного сигнала Положительная
Количество каналов 32
Динамический диапазон До 140 пКл
Для диапазона до 3000 МИП – 3%,
Нелинейность для диапазона более 300 МИП – 10%,
1 МИП = 3.6 фКл = 22500 электрон
Для диапазона малых сигналов – 130 мВ/пКл,
Усиление
для диапазона больших амплитуд – 200 мВ/пКл
Сигнал/шум для емкости 100пФ (на
2.5
сигнале 1 МИП)
Постоянная времени усилителя-
3 мкс
формирователя
Емкость детектора Не более 100 пФ
Частота считывания аналогового
Не менее 3 МГц
канала
Напряжение питания Двухполярное ±1.65 В
Потребление 1.5 мВт/канал
В С.И.М.С. имеется возможность изменения (программирования) формы
передаточной характеристики с помощью внешних потенциалов. Так, на рисунке рис. 17
показано семейство передаточных характеристик, измеренных с помощью изменения
смещения зарядочувствительного усилителя (prebias 1), для емкости детектора 80 пФ.
Изменение смещения prebias1 приводит к изменению параметров ЗЧУ - варьируются
значения динамического диапазона и положение точки перегиба передаточной
характеристики. В таблице 2 приведены результаты измерений положения точки перегиба
при изменении режима работы ЗЧУ.
34