基于FPGA的SDD探測器隨機信號模擬發(fā)生器

虞 年 徐玉朋 霍 嘉 陳 勇 崔葦葦 李 煒 張子良 韓大煒王于仨 陳 燦 祝宇軒,3 趙曉帆

1（中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心 北京 100049）

2（中國科學(xué)院大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院 北京 100049）

3（吉林大學(xué)物理學(xué)院 長春 130012）

增強型X射線時變與偏振探測（enhanced X-ray Timing and Polarimetry，eXTP）空間天文臺的能譜測量X射線聚焦望遠鏡陣列（Spectroscopy Focusing Array，SFA）采 用 硅 漂 移 探 測器（Silicon Drift Detector，SDD）作為焦平面探測器，它主要用于宇宙中致密星體的能譜和時變測量［1］。SDD是一種通過內(nèi)光電效應(yīng)探測X射線的半導(dǎo)體器件，它的輸出電容很小且獨立于探測器面積，因此噪聲小、能量分辨率高，常用作高計數(shù)率、高能量分辨的能譜測量［2］。由于SDD是靜電敏感器件，造價又昂貴，在前期電子學(xué)調(diào)試中直接使用SDD損壞風(fēng)險很高，另外也需要對讀出電子學(xué)死時間和信號堆積導(dǎo)致的計數(shù)損失進行校正，直接使用放射源不僅會增加測試人員的輻照風(fēng)險，而且不便于對計數(shù)率在大范圍內(nèi)進行精確控制。通常會選用信號發(fā)生器來代替探測器做能譜系統(tǒng)的測試，但是實驗室常用的函數(shù)發(fā)生器（如Keysight Technologies的33210A）只能產(chǎn)生周期性的或者有限狀態(tài)的可編程脈沖［3］。核儀器專業(yè)廠家BNC（Berkley Nucleonics Corporation）生產(chǎn)的DB-2隨機脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生隨機脈沖，但只能單通道輸出且脈沖最小時間間隔大于 1.4 μs［4］，這對于多通道、高計數(shù)率的能譜系統(tǒng)都不是很適合。最近的一個設(shè)計能夠產(chǎn)生在幅度和時間上都是隨機分布的脈沖，但是用偽隨機數(shù)作為種子產(chǎn)生的其他分布［5］。

本文開展針對SDD輸出脈沖的研究，對隨機脈沖的產(chǎn)生機理進行了理論分析和驗證，并對信號模擬器的其他關(guān)鍵參數(shù)做了詳細測試。……