Development of SQUID Array Amplifiers for the LiteBIRD CMB Satellite
针对 LiteBIRD 约 5000 个 TES 的频分复用读出需求，研究通过集总元件仿真优化单级 SQUID 阵列的阻尼与感性负载，使其满足低噪声、低功耗等指标并保留工程裕量。
2025-01-09 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory: Magnetic Shielding Measurements for the Universal Multiplexing Module
西蒙斯天文台（SO）包括四个望远镜，将使用60，000多个高灵敏度过渡边缘测辐射热计（TES）测量宇宙微波背景的温度和偏振。这些多色TES测辐射热计读出的微波RF SQUID复用系统的复用因子为910。考虑到TES和SQUID都容易受到磁场拾取的影响，并且很难预测它们将如何响应这些场，因此根据经验表征这些系统的磁响应非常重要。然后，该信息可以用于通过通知用于检测器和读出的磁屏蔽设计来限制伪信号。本文重点研究了SO通用多路复用模块（UMM）中不同磁屏蔽结构的磁拾波器的测量，该模块包括SQUID、相关谐振器和TES偏置电路。原型UMM的磁拾波器在三种屏蔽配置下进行了测试：无屏蔽（铜封装）、用于UMM的铝封装以及围绕整个稀释制冷机100 mK冷级的镀锡/镀铅屏蔽。测量结果表明，铝封装的屏蔽因子优于铜封装的屏蔽因子8-10，并且添加镀锡/镀铅的1 K屏蔽进一步将铝配置中的相对屏蔽因子增加1-2个数量级。
2023-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Demonstration of MHz frequency domain multiplexing readout of 37 transition edge sensors for high-resolution x-ray imaging spectrometers
我们报告的发展和演示的MHz频域复用（FDM）技术读出阵列的低温过渡边缘传感器（TES）X射线微量热计。在我们的FDM方案中，通过高$Q$ LC谐振器阵列，在低MHz范围内的不同谐振频率下对TES进行AC偏置。所有TES的电流信号在超导量子干涉装置（SQUID）处相加。我们已经证明了多路复用的读出31个像素，使用室温电子，高$Q$ LC过滤器和TES阵列在SRON开发，和SQUID阵列从VTT。我们在第二个37像素的设置上重复了这个过程。合计X射线光谱分辨率$@$ 5.9 keV为$ΔE_{\rm 31 pix ~MUX}=2.14\pm0.03$ eV和$ΔE_{\rm 37 pix ~MUX}=2.23\pm0.03$ eV。所展示的结果与其他多路复用方法相当。有可能进一步提高光谱分辨率和增加复用TES的数量，并打开TES X射线微量热计的应用。
2021-11-02 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory microwave SQUID multiplexing detector module design
宇宙微波背景（CMB）科学的进步取决于增加观测天空的灵敏探测器的数量。新仪器部署了大型超导过渡边缘传感器（TES）测辐射热计阵列，这些传感器密集地平铺在更大的焦平面上。高复用因子减少了低温接收器上的热负荷并简化了它们的设计。我们提出的焦平面模块的设计具有一个数量级更高的复用因子比以前实现TES测辐射热计。我们专注于新的冷读出组件，它采用微波SQUID复用（$μ$复用器）。西蒙斯天文台将使用49个包含60，000个测辐射热计的模块来对CMB进行精密灵敏的测量。我们验证了焦平面模块的设计，提出测量的读出组件与和没有一个原型探测器阵列的1728偏振敏感的辐射热计耦合到喇叭天线。读出组件实现了$95\%$产率和910多路复用因子。每个读出通道的中值白噪声为65 $\mathrm{pA/\sqrt{Hz}}$。这影响了$< 8\%$的预计SO标测速度，低于灵敏度预测中假设的速度。结果验证了模块的全部功能。我们讨论了测量性能的背景下，SO科学的要求，这是超过。
2021-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Crosstalk effects in microwave SQUID multiplexed TES bolometer readout
本文研究了微波SQUID多路复用TES测辐射热计读出中的电气串扰问题，通过建模分析各串扰机制的相对贡献并对比不同读出系统，为未来毫米波天文台的探测器阵列设计提供指导。
2024-04-09 astro-ph.IM
The Sliding Flux Ramp Demodulation Algorithm with High Sampling Rate in Microwave SQUID Multiplexer
本文面向 uMUX 读出大规模 TES 阵列的需求，提出 SFRD 算法，在保持约一千多路复用比的同时实现 MHz 级采样率，以提升 X 射线天体物理等应用的时间分辨率与计数率。
2025-02-18 astro-ph.IM hep-ex
Readout of two-kilopixel transition-edge sensor arrays for Advanced ACTPol
先进的ACTPol是六米阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）的仪器升级，旨在测量宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振与弧分尺度的角分辨率。为了实现其科学目标，Advanced ACTPol利用比任何先前CMB实验更大的读出复用因子来测量探测器阵列，每个150 mm探测器晶片中具有大约2000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计。我们提出了先进的ACTPol时分复用读出架构与64行复用因子的实施和测试。这包括测试单个多色探测器像素和超导量子干涉器件（SQUID）多路复用芯片，以及测试和优化集成读出电子设备。特别是，我们描述了新的自动化多路复用SQUID调谐程序开发，以选择和优化读出每个高级ACTPol阵列所需的数千个SQUID参数。每个阵列中的多色检测器像素针对每个偏振和两个频率中的每一个使用单独的通道，使得每个像素必须读出四个TES。所面临的挑战包括：与ACTPol相比，每个多路复用读出通道的探测器数量增加一倍，以及优化奈奎斯特电感，以最大限度地减少探测器和SQUID噪声混叠。
2016-07-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Adaptation of frequency-domain readout for Transition Edge Sensor bolometers for the POLARBEAR-2 Cosmic Microwave Background experiment
POLARBEAR-2宇宙微波背景（CMB）实验旨在以高灵敏度观测B模偏振，以探索CMB的引力透镜和暴胀引力波。POLARBEAR-2是基于POLARBEAR-1的升级实验，该实验于2012年1月首次亮相。对于POLARBEAR-2，我们将建造一个接收器，该接收器具有7，588个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，耦合到两个波段（95和150 GHz）偏振敏感天线。对于大阵列的读出，我们采用数字频域复用和复用32个测辐射热计通过一个单一的超导量子干涉仪（SQUID）。8测辐射热计频域复用读出已部署在北极熊-1实验。将该架构扩展到32个测辐射热计需要将SQUID电子器件的带宽增加到3 MHz。为了实现带宽的增加，我们在数字频率复用平台上使用数字有源置零（DAN）。本文提出了对用于调制测辐射热计的低温布线和电容器的寄生电感和电阻的要求和改进。这些组件在1 MHz以上是有问题的。我们还表明，我们的系统是能够偏置测辐射热计在其超导过渡在3 MHz。
2013-07-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Frequency Multiplexed SQUID Readout of Large Bolometer Arrays for Cosmic Microwave Background Measurements
采用在亚开尔文温度下工作的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的实验的一个技术里程碑是部署具有100 - 1000个测辐射热计的探测器阵列。这种阵列的一个关键技术是读出复用：能够在同一组导线上同时读出许多传感器。本文介绍了一种用于APEX-SZ和南极望远镜毫米波接收机的频域多路复用读出系统。在该系统中，探测器阵列被划分为七个探测器的模块，并且模块内的每个测辐射热计用唯一的~MHz正弦载波偏置，使得各个测辐射热计信号在频率空间中被很好地分离。来自模块中所有测辐射热计的电流被加在一起，并使用在4 K下工作的超导量子干涉器件（SQUID）进行预放大。室温电子设备解调载波以恢复测辐射热计信号，测辐射热计信号被单独数字化并存储到磁盘上。该读出系统相对于检测器本身贡献很少的噪声，对不需要的颤噪激励非常不敏感，并且提供了多路复用更大数量的传感器的技术途径。
2012-07-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Bandwidth and Aliasing in the Microwave SQUID Multiplexer
微波SQUID多路复用器（umux）在粒子物理学、天文学和光谱学的广泛实验中实现了更高的带宽或更高的通道数。大的多路复用因子加上最近的商业可用性的微波组件和温暖的电子读出系统，使其成为一个有吸引力的候选人，系统需要大量的低温检测器计数。由于多路复用器被认为是在几个数量级的信号频率的辐射热和量热应用，了解设备的带宽及其与读出电子器件的相互作用是适当设计和工程系统的关键。在这里，我们讨论了几个重要的因素有助于umux系统的带宽特性，包括固有的设备带宽，与热电子读出系统的相互作用，和混叠。我们提出了模拟和测量的umux设备加上SLAC微谐振器RF（SMuRF）音调跟踪电子，并讨论了未来的实验设计的几个影响。
2022-06-18 astro-ph.IM physics.ins-det
Frequency domain multiplexing readout for large arrays of transition-edge sensors
我们报告我们的最新进展和演示的频域复用（FDM）读出技术的过渡边缘传感器（TES）阵列，这两个我们一直在开发，在未来雅典娜X射线望远镜上的X-IFU仪器的框架。使用Ti/Au TES微量热计、高Q LC滤波器和SRON开发的模拟/数字电子器件以及VTT芬兰的低噪声两级SQUID放大器，我们证明了FDM读出技术的可行性，同时读出37个像素，能量分辨率为2.23 eV，能量为6 keV。最后，我们概述了进一步扩大和改进我们技术的计划。
2022-08-26 astro-ph.IM physics.ins-det
AC bias characterization of low noise bolometers for SAFARI using an Open-Loop Frequency Domain SQUID-based multiplexer operating between 1 and 5 MHz
SRON正在为日本空间飞行任务SPICA上的红外光谱仪SAFARI开发频域多路复用读出和超低NEP TES测辐射热计阵列。该仪器的FDM原型需要进行关键而复杂的优化。对于AC偏置下的单像素表征，我们正在开发一个简单的FDM系统，工作在1至5 MHz的频率范围内，基于线性化的两级SQUID放大器和高Q光刻LC谐振器的开环读出。我们描述的细节的实验装置，以实现低功率负载（< 1 fW）和低噪声（NEP $\sim 10^{-19} W/Hz^{1/2}$）的TES测辐射热计。最后，我们通过比较直流和交流偏置下测量的$4 \cdot 10^{-19} W/Hz^{1/2}$ TES测辐射热计的性能的文件。
2016-04-09 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Microwave SQUID Multiplexer Readout Performance Using a Direct-RF RFSoC-Based Software-Defined Radio
本文在 ZCU216 RFSoC 上构建 Direct-RF SDR 原型并优化 μMUX 读出，实现与传统架构相当的最低解调磁通噪声，验证其适用于下一代低温探测器阵列。
2025-09-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Progress in the development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit on board the Athena mission
频域多路复用（FDM）是雅典娜飞行任务机载X射线积分场单元（X-IFU）的基线读出系统。在FDM方案下，TES耦合到无源LC滤波器，并以MHz频率用交流电（AC偏置）偏置。使用高品质因数LC滤波器和室温电子学在SRON和低噪声两级SQUID放大器提供的VTT，我们最近已经证明了良好的性能与FDM读出的Mo/Au TES量热计与Au/Bi吸收剂。我们已经实现了性能要求的演示模型（DM）与单像素交流偏置（$ΔE=$ 1.8 eV）和9像素复用（$ΔE=$ 2.6 eV）模式。我们还展示了平均能量分辨率为3.3 eV的14像素多路复用，这受到我们实验室设置中与FDM读出相关的非基本问题的限制。
2020-03-26 astro-ph.IM
Performance Analysis of Digital Flux-locked Loop Circuit with Different SQUID $V$-$ϕ$ Transfer Curves for TES Readout System
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, CAS（中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室）；Key Laboratory of Particle Physics and Particle Irradiation (MOE), Institute of Frontier and Interdisciplinary Science, Shandong University（山东大学前沿交叉科学研究院粒子物理与粒子辐照教育部重点实验室）
本文研究了不同SQUID V-ϕ传输曲线对数字FLL电路性能的影响，提出了一种基于数字PID算法的SQUID-FLL读出系统模型，并通过模拟验证了其准确性。
2026-02-27 astro-ph.IM
Highly-multiplexed microwave SQUID readout using the SLAC Microresonator Radio Frequency (SMuRF) Electronics for Future CMB and Sub-millimeter Surveys
正在开发的下一代低温CMB和亚毫米相机需要密集的传感器阵列来满足其科学目标。例如，如为CMB-S4实验所建议的，大量（每个照相机$\sim$ 10，000 - 100，000）亚开尔文传感器的读出将需要冷读出和热读出技术的实质性改进。为了降低每个传感器的读出成本和集成复杂性，目前的努力集中在实现更高的复用密度，同时保持读出噪声低于固有检测器噪声。正在积极开发的高度多路复用冷读出技术包括微波动态电感传感器（MKID）和微波rf-SQUID。两者都利用超导微波谐振器的高品质因数来将亚开尔文传感器密集地引导到微波传输线的带宽中。我们提出了一种新的微波SQUID多路复用，SLAC超导微谐振器RF电子学，或SMuRF温读出系统的发展的进步。SMuRF系统的独特之处在于其跟踪每个音调的能力，最大限度地减少了读取每个谐振器所需的总RF功率，从而显著降低了冷读出和热读出的线性要求。在这里，我们提出的第一个完整的SMuRF系统的读出噪声和线性度的测量，包括一个528通道低温微波SQUID多路复用器的闭环音调跟踪演示。SMuRF正在探索作为未来CMB项目的潜在读出解决方案，包括西蒙斯天文台，BICEP阵列，CCAT-prime，Ali-CPT和CMB-S4。该平台的并行开发正在进行中，以适应SMuRF读取MKID和快速X射线TES热量计阵列。
2018-09-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
picoMUX: microcontroller based time-domain multiplexing readout for kilopixel TES arrays
Princeton University（普林斯顿大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Iceland（冰岛大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
针对下一代CMB望远镜千像素TES阵列电子选项少的问题，提出皮可复用器架构，用微控制器取代FPGA，利用NIST复用器特性，实现所需定时指标，降低成本等，且噪声测量符合预期。
2026-07-15 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory: Magnetic Sensitivity Measurements of Microwave SQUID Multiplexers
本文针对The Simons Observatory的微波SQUID多路复用器进行了磁场灵敏度测量，研究了不同磁屏蔽配置对器件磁耦合的影响，并据此指导了通用焦平面模块(UFM)磁屏蔽的材料选择与设计。
2020-12-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Results and Limits of Time Division Multiplexing for the BICEP Array High Frequency Receivers
本文首次介绍了为BICEP Array高频接收器重新设计的常温读出电子设备，将时分复用技术在复用率、噪声和串扰方面推向极限，以满足极高噪声性能与系统误差控制的科学需求。
2023-10-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of readout electronics for POLARBEAR-2 Cosmic Microwave Background experiment
具有大复用因子的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的读出是下一代宇宙微波背景（CMB）实验Polarbear-2的关键，该实验具有7，588个TES测辐射热计。为了实现大阵列，我们一直在开发一个读出系统，在频域中的复用因子为40。将该架构扩展到40个测辐射热计需要将SQUID电子器件的带宽增加到4 MHz以上。本文重点介绍低温读出，并显示它如何影响串扰和TES测辐射热计的响应度。诸如用于LC滤波器的电容器的等效串联电阻（ESR）的串联电阻导致测辐射热计的非线性响应。布线电感调制测辐射热计两端的电压并引起串扰。为了减小CMB观测中的系统误差，必须对它们进行很好的控制。我们一直在开发具有低串联阻抗的低温读出器，并在高频（> 3 MHz）过渡期间对测辐射热计进行了调谐。
2015-12-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Optimal Demodulation Domain for Microwave SQUID Multiplexers in Presence of Readout System Noise
本研究拓展微波SQUID多路复用器仿真框架，纳入两类噪声源与双域解调功能，推导加性噪声主导下开环和flux-ramp方案的最优读出参数，评估乘性噪声敏感度，并以SDR系统为例完成案例验证，助力系统性能预测与噪声优化。
2024-08-19 astro-ph.IM physics.app-ph physics.ins-det
Developments on frequency domain multiplexing readout for large arrays of transition-edge sensor X-ray micro-calorimeters
本文报道SRON为Athena任务X-IFU开发的频域复用读出技术进展，实现70像素双通道演示，在5.9 keV处总能量分辨率达2.34±0.02 eV，并展望每通道78像素的扩展前景。
2024-03-05 astro-ph.IM
Readout noise of digital frequency multiplexed TES detectors for CUPID
CUPID实验采用新型高频复用TES读出系统，通过优化SQUID参数和减少导线电容以降低读出噪声，满足高能分辨要求。
2025-12-03 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Signal readout for Transition-Edge Sensor X-ray imaging spectrometers
低温微量热仪阵列为X射线天体物理学提供了一种很有前途的技术：成像光谱仪。具有至少几千个像素的照相机，每个像素在宽能量范围（200 eV到10 keV或更高）内具有几千个能量分辨率（$E/ΔE\urss{FWHM}$），将是研究高能天体和现象的革命性仪器。信号读出是一项关键的使能技术。多路复用读出，其中来自多个像素的信号被组合到单个放大器通道中，允许千像素规模的微量热计阵列满足对功耗、质量、体积和轨道冷却能力的严格要求。本章介绍了三种不同的多路复用读出技术的过渡边缘传感器微量热计：时分复用，频域复用和微波SQUID复用。对于每一种复用技术，我们提出了基本的方法，讨论了一些设计考虑和参数，并显示了最先进的。本章的结论与未来前景的简要讨论。
2022-09-12 astro-ph.IM hep-ex
Tuning of Kilopixel Transition Edge Sensor Bolometer Arrays with a Digital Frequency Multiplexed Readout System
研制了一种数字频率多路复用（DfMUX）系统，用于调谐毫米波宇宙学望远镜用SQUID阵列读出的大型跃迁边缘传感器（TES）测辐射热计阵列。DfMUX系统将多个测辐射热计的输入偏置电压和输出电流多路复用到一组低温导线上。多路复用减少了相机的亚开尔文低温探测器阶段的热负荷。在本文中，我们描述的算法和软件用于设置和优化的操作测辐射热相机。这些算法在嵌入在每个后端读出板上操作的FPGA器件内的软处理器上实现。其结果是一个完全并行化的实现，其设置时间与数组大小无关。
2009-11-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Improved Performance of TES Bolometers using Digital Feedback
电压偏置、频率复用TES测辐射热计已成为毫米波天体物理学中广泛使用的工具。然而，寄生阻抗和动态范围问题可能会限制稳定性、性能和多路复用因素。在这里，我们提出了新的方法来克服这些挑战，通过数字反馈，现场可编程门阵列（FPGA）上实现。在第一种方法中，被称为数字主动调零（DAN），电流传感器（例如SQUID）在用于每个测辐射热计频率的单独数字反馈回路中被调零。这种调零消除了对电流传感器的动态范围限制，提高了其线性度，并降低了其有效输入阻抗。此外，DAN消除了对布线长度和最大复用频率的限制。DAN已全面实施和测试。目前的实验，包括南极望远镜的整合，将被讨论。我们还提出了一个数字机制，大大提高了稳定性的存在下，大串联阻抗，称为数字增强电压偏置（DEVB）。
2012-10-17 astro-ph.IM
Development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the Athena
我们正在开发的频域多路复用（FDM）读出的过渡边缘传感器（TES）微量热计的X射线积分场单元（X-IFU）的仪器上的未来欧洲X射线天文台雅典娜。X-IFU仪器由具有高量子效率（$>$ 90 \%）和光谱分辨率$ΔE$ =2.5 eV $@$ 7 keV（$E/ΔE\sim$ 2800）的$\sim$ 3840 TES阵列组成。FDM目前是X-IFU仪器的基线读出系统。利用SRON公司研制的高品质因数LC滤波器和室温电子学器件以及VTT公司提供的低噪声两级SQUID放大器，我们最近在具有Au/Bi吸收体的Mo/Au TES量热计的FDM读出中展示了良好的性能。一个集成的噪声等效功率分辨率约为2.0 eV，在1.7 MHz已被证明与一个新的TES阵列从美国宇航局/戈达德（GSFC-A2）的像素。在1.7 MHz的交流偏置频率下，单像素读出的X射线能量分辨率为$\sim$ 2.5 eV。我们还首次证明了X射线能量分辨率约3.0 eV的6像素FDM读出与TES阵列（GSFC-A1）。在本文中，我们报告的单像素的性能，这些微热计MHz的交流偏置下，这些像素的性能下FDM的进一步结果。
2016-11-03 astro-ph.IM
Simulation and Measurement of Out-of-Band Resonances for the FDM Readout of a TES Bolometer
针对TES测辐射热计FDM读带中的带外谐振问题，通过SPICE仿真与实验测量分析其成因，发现长线束反射与SQUID寄生电容是主因，并利用低通RC电路有效抑制谐振，保障读带带宽安全。
2023-02-08 astro-ph.IM
The Simons Observatory: Studies of Detector Yield and Readout Noise From the First Large-Scale Deployment of Microwave Multiplexing at the Large Aperture Telescope
本文介绍西蒙斯天文台大口径望远镜首次大规模部署SMuRF微波多路复用读出系统的调试情况，验证了早期阶段相当比例系统满足探测器良率与读出噪声的基线要求，为大规模超导传感器读出提供了实践支撑。
2024-06-03 astro-ph.IM
High-bandwidth frequency domain multiplexed readout of transition-edge sensors for neutrinoless double beta decay searches
McGill University（麦吉尔大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
下一代低温中微子less双β衰变实验需要更快速的读取以提高背景区分度。本研究开发了基于McGill/Berkeley数字fMux读取的新型系统，实现156kHz的高带宽读取，以满足下一代TES仪器化低温 calorimeters的需求。
2026-06-08 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Thermal and Electrical Properties of Prototype Readout Components for CMB-S4
本文针对CMB-S4探测器数量大幅增加带来的物理限制，表征了包括布线和SQUID阵列在内的原型读出组件的热学和电学性能，以平衡热负载与带宽，优化整体系统性能。
2025-11-04 astro-ph.IM
System performance of a cryogenic test-bed for the time-division multiplexing readout for NewAthena X-IFU
本文报道了用于 NewAthena X-IFU 的 TDM 低温测试台，其线束长度接近实际设计，通过32行读出在6 keV处实现2.7 eV FWHM 能量分辨率，并展望了集成到焦平面开发模型的前景。
2024-11-05 astro-ph.IM
Characterization of Multiple Channels Room Temperature Readout Electronics for Large Transition-Edge Sensor Array
本文针对大型TES阵列TDM读出系统的室温电子学噪声问题，设计了一种八通道低噪声高分辨率读出电路，其ADC等效电流噪声低于10 pA/√Hz且分辨率大于11.5位，并支持每通道2 Gbps实时数据传输，可显著缩小TDM系统体积。
2025-02-08 astro-ph.IM physics.ins-det
Simons Observatory Focal-Plane Module: In-lab Testing and Characterization Program
本文介绍了为 Simons Observatory 焦面模块开发的高通量实验室测试与表征程序，涵盖良率、饱和功率等关键性能验证，并展示了原型模块的初步测试结果。
2022-07-06 astro-ph.IM physics.ins-det
SLAC Microresonator Radio Frequency (SMuRF) Electronics for Read Out of Frequency-Division-Multiplexed Cryogenic Sensors
用于X射线、伽马射线、宇宙微波背景（CMB）、毫米/亚毫米以及粒子探测的各种成像应用的大型低温传感器阵列越来越依赖于超导微谐振器以获得高复用因子。这些微谐振器采用微波SQUID的形式，其耦合到过渡边缘传感器（TES）或微波动态电感检测器（MKID）。原则上，这种阵列可以通过使用合适的FPGA、ADC和DAC的可扩展软件定义无线电读出。在这项工作中，我们分享计划，并显示SLAC微谐振器射频（SMuRF）电子，下一代控制和读出系统的超导微谐振器的初步结果。SMuRF电子器件在实现闭环音调跟踪的专用算法方面是独一无二的，该算法包括基于传输测量的对每个谐振器激励参数的快速反馈和前馈。闭环音调跟踪能够改善系统线性度，显著增加每条读出线的传感器数量，以及过耦合谐振器设计的可能性，以增强动态范围。低带宽原型电子器件用于演示12个300 kHz宽的微波SQUID谐振器上的闭环音调跟踪，谐振器间隔为$\sim$ 6 MHz，中心频率为$\sim$ 5-6 GHz。我们实现了多kHz的跟踪带宽，并证明了本底噪声的电子是次显性的噪声多路复用器中的固有。
2018-05-22 astro-ph.IM
Development of TRL5 Firmware for Tuning, Biasing, and Readout of Kilopixel TES Bolometer Arrays
下一代天基毫米波望远镜，如JAXA的LiteBIRD任务，需要具有数千个探测器的焦平面，以实现其科学目标。数字频域多路复用（dfmux）技术允许探测器计数缩放，而不会出现线束、亚开尔文制冷机负载和其他缩放问题的线性增长。在本文中，我们描述了数字信号处理（DSP）固件在设计的FPGA中执行。该固件负责合成偏置音、执行测辐射热计电压偏置和/或超导量子干涉器件（SQUID）零电流的动态反馈控制、将测辐射热计通道解调和抽取为科学数据，以及将结果流式传输以供存储和最终下行链路。我们描述了该固件是如何为LiteBIRD量身定制的，包括控制路径、提高功率和资源效率、增加辐射缓解功能以及集成新的测辐射热计偏置方案，这些方案可能有助于缓解特定任务的设计挑战。本文是固件运行的电子平台描述的姊妹篇。
2022-07-22 astro-ph.IM
SLAC Microresonator RF (SMuRF) Electronics: A tone-tracking readout system for superconducting microwave resonator arrays
我们描述了最新一代的SLAC微谐振器RF（SMuRF）电子学，一个温暖的数字控制和读出系统的微波频率谐振器为基础的低温探测器和多路复用器系统，如微波SQUID多路复用器（$μ$ mux）或微波动态电感探测器（MKID）。粒子物理学和天文学中的超灵敏测量越来越依赖于大型低温传感器阵列，这反过来又需要高度多路复用的读出和伴随的室温电子设备。微波频率谐振器是用于低温多路复用的流行工具，具有在一条读出线上多路复用数千个检测器通道的潜力。SMuRF系统提供了在4-8 GHz带宽上读取多达3328个通道的能力。值得注意的是，SMuRF系统的独特之处在于其实现了闭环音调跟踪算法，该算法最大限度地减少了传输到冷放大器的RF功率，大大降低了系统线性度要求和互调产物的有效噪声。在这里，我们提出了一个硬件，固件和软件系统的SMuRF电子的描述，比较所取得的性能与科学驱动的设计要求。我们特别关注的情况下，大通道数，低带宽的应用程序，但该系统已经很容易重新配置为高带宽的应用。这里描述的系统已经成功地部署在世界各地的实验室设置和现场，并为即将到来的大型天文台使用基线。
2022-08-22 astro-ph.IM physics.ins-det
RFSoC Gen3-Based Software-Defined Radio Characterization for the Readout System of Low-Temperature Bolometers
本文评估基于AMD RFSoC Gen3的SDR低温测辐射热计读出系统，通过发射和射频环回测试验证其噪声、杂散性能满足约千路μMUX复用需求。
2024-05-08 astro-ph.IM physics.ins-det
Advanced ACTPol Cryogenic Detector Arrays and Readout
先进的ACTPol是6米孔径阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）的偏振敏感升级，增加了新的频率，并提高了以前的ACTPol接收器的灵敏度。2016年，Advanced ACTPol将开始在五个频段（28-230 GHz）绘制大约一半的天空。它的初级和次级宇宙微波背景（CMB）各向异性图-以几角分尺度的分辨率在强度和偏振方面成像-将使精确的宇宙学约束成为可能，也使广泛的互相关科学成为可能，这些科学通过引力坍缩探索宇宙的膨胀历史和结构的增长。为了实现这些科学目标，先进的ACTPol接收器将是对ACTPol接收器的重大升级，包括四个新的低温多色阵列，馈电喇叭耦合AlMn过渡边缘传感器（TES）偏振计（在150 mm直径晶片上制造）;连续旋转超材料硅半波片的系统;以及一种新的复用读出架构，其使用超导量子干涉器件（SQUID）和时分来实现64行复用因子。在这里，我们提出了先进的ACTPol仪器的现状和科学目标，强调先进的ACTPol低温探测器阵列的设计和实施。
2015-10-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
280 GHz Focal Plane Unit Design and Characterization for the SPIDER-2 Suborbital Polarimeter
我们描述的280 GHz的热辐射焦平面单元（FPU）的结构和特性将部署在第二次飞行的球载天基信息平台仪器。这些FPU对天基信息平台的主要科学目标至关重要，该目标是通过限制银河尘埃排放对宇宙微波背景宇宙微波背景（CMB）中的B模式污染来检测或限制CMB中原始引力波特征的振幅。每个280 GHz焦平面包含一个16 x 16网格的波纹硅馈电喇叭耦合到一个阵列的铝锰过渡边缘传感器（TES）测辐射热计制造在150毫米直径的基板。总的来说，三个280 GHz FPU包含1，530个偏振敏感测辐射热计（765个空间像素），针对飞行中的低负载环境进行了优化，并通过时分SQUID多路复用进行读取。在本文中，我们描述了机械，热，和磁屏蔽架构的焦平面和目前的低温测量表征产量和几个测辐射热计参数的均匀性。组装的FPU具有高产量，其中一个阵列高达95%，包括布线和读出的缺陷。我们展示了高均匀性的设备参数，发现每个TES阵列的平均饱和功率为~3 pW，在300 mK与小于6%的变化，在每个阵列在一个标准偏差。这些焦平面将与SPIDER-2仪器中的95和150 GHz望远镜一起部署，计划于2018年12月从南极洲的麦克默多站起飞。
2017-11-22 astro-ph.IM physics.ins-det
The POLARBEAR-2 and the Simons Array Experiment
我们提出了一个概述的设计和状态的\Pb -2和西蒙斯阵列实验。\Pb-2是一个宇宙微波背景偏振测量实验，旨在表征弱引力透镜产生的角分角标度B模信号，并寻找暴胀引力波产生的度角标度B模信号。接收机焦面直径365 mm，冷却温度270毫开尔文。焦平面填充有同时对95 GHz和150 GHz频带敏感的7，588个二向色小透镜-天线耦合偏振敏感过渡边缘传感器（TES）测辐射热像素。TES测辐射热计由具有40通道频域复用的SQUID读出。折射光学元件由高纯度氧化铝制成，以实现高光学吞吐量。接收机设计为在每个频带中实现5.8~ $μ$ K $_{CMB}\sqrt{s}$的噪声等效温度。\Pb-2将于2016年部署在智利的阿塔卡马沙漠。Simons阵列是一个通过部署三个\Pb -2型接收器来进一步提高灵敏度的项目。Simons阵列将覆盖95~GHz、150~GHz和220~GHz频段，用于前台控制。西蒙斯阵列将能够将张量标量比和中微子质量之和限制为$σ(r) = 6\times 10^{-3}$，$r = 0.1$和$\sum m_ν(σ=1)$为40 meV。
2015-12-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Performance and characterization of the SPT-3G digital frequency-domain multiplexed readout system using an improved noise and crosstalk model
第三代南极望远镜照相机（SPT-3G）在其前身（SPTpol）的基础上进行了改进，焦平面上的探测器数量级增加。用于读出和控制这些检测器的技术，即数字频域复用（DfMUX），在概念上与SPTpol所用的技术相同，但进行了扩展以容纳更多检测器。在读出工作带宽的近5倍的扩展，使这种大焦平面的使用，和SPT-3G的性能满足相关的预测目标，其科学目标。然而，较高带宽读出的电动力学不同于基于SPTpol系统模型的预测，这是由于所使用的较高频率以及与新的低温电子架构相关联的寄生阻抗。为了解决这个问题，我们提出了一个更新的推导更高带宽的DfMUX系统中的电串扰，并确定两个以前未表征的贡献读出噪声，这成为占主导地位的高偏置频率。更新的串扰和噪声模型成功地描述了测量的SPT-3G的串扰和读出噪声性能。这些结果还表明，具体的变化，以温暖的电子元件的价值观，线束的属性，和SQUID参数，以改善读出系统，为未来的实验使用DfMUX，如LiteBIRD空间望远镜。
2022-02-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
