【摘 要】
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硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,Si PM）是新一代的半导体光子探测器,具有良好的抗磁特性,且成本较低,在高能物理、核医学成像和核物理等领域被广泛应用。由于Si PM的增益与Si PM的偏置电压和温度有密切关系,而且目前商用电源不具备温度修正功能,集成度低,也无法实现在线控制,且成本很高。针对这些问题因素,设计一款自适应温度、高集成度、低成本且同时在线可控的高压电源。
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硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,Si PM）是新一代的半导体光子探测器,具有良好的抗磁特性,且成本较低,在高能物理、核医学成像和核物理等领域被广泛应用。由于Si PM的增益与Si PM的偏置电压和温度有密切关系,而且目前商用电源不具备温度修正功能,集成度低,也无法实现在线控制,且成本很高。针对这些问题因素,设计一款自适应温度、高集成度、低成本且同时在线可控的高压电源。本文将从以下两个方面进行研究:一是实现高压电源的设计、二是搭建一套用于Si PM读出的电子学系统。具体研究内容如下:1.对高压电源的总体设计及各个模块的设计和功能进行研究,主要包括FPGA配置电路设计、高压产生设计、电压检测设计和温度检测设计,同时设计以太网模块,实现输出电压在线可调。本文重点介绍各个模块的硬件电路设计和软件设计,通过原理图绘制以及性能测试,结果表明,高压电源中DC/DC模块的积分非线性为0.14‰;在不同温度下,系统增益的最大变化率为1.12%;高压电源最大波动约为0.01V;高压电源的纹波系数在0.02%以下。所以高压电源满足自适应温度、低纹波、高稳定等特性。2.为了测试高压电源的特性,搭建一套基于Si PM读出的电子学系统。通过高压电源向Si PM提供偏置电压,实现Si PM探测器对信号的转换。读出系统将转换的信号进行成形、放大、采样保持等处理,最后使用Root进行数据分析,根据分辨率的对比进行高压电源性能的验证。测试结果表明,使用本文设计的高压电源和商用电源分别向Si PM提供偏置电压,经过对比分析,设计的高压电源和商用电源全能峰分辨率分别为7.84%和9.88%,所以设计的高压电源的性能要优于商用电源。
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