双输出SiPM前置放大器设计与分析

• Published in: 核技术 Vol. 48; no. 1; pp. 85 - 91
• Main Authors: 龙源, 黄跃峰, 侯会良, 陈永忠
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 2025; 中国科学院大学 北京 100049%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
• Subjects: Preamplifier; GAGG(Ce); Noise; 前置放大器; 硅光电倍增器; 噪声; 闪烁体探测器; Silicon photomultiplier; Scintillator detector
• ISSN: 0253-3219
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240218

TL821; 为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB).理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数.在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对241Am源进行系统测量.结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σnoise ≈ 448.32 μV优于电压反馈放大器的σnoise ≈ 680.96 μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求.两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配.受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列.