Development of a time-to-digital converter ASIC for the upgrade of the ATLAS Monitored Drift Tube detector
ATLAS μ子光谱仪的升级为高亮度LHC需要新的触发器和读出电子的各种元素的检测器。我们提出了一个时间-数字转换器（TDC）ASIC原型的ATLAS超导漂移管（MDT）探测器的设计。该芯片采用GlobalFoundries 130 nm CMOS技术制造。研究表明，其时序和功耗特性满足设计要求，48个通道的时序变化为40 ps，每个通道的功耗约为6.5 mW。
2017-08-11 physics.ins-det
Arbitrary digital pulse sequence generator with delay-loop timing
提出了一种时间粒度为单个时钟周期的多通道任意数字序列发生器的设计思想。我们实现了32个通道的发生器，使用低成本的ARM微控制器，并证明其产生的时间延迟范围从几十纳秒到几百秒，12 ns的定时粒度和线性缩放延迟相对于延迟循环迭代次数的能力。该发生器可选择与外部时钟源同步，以在整个时间范围内提供100 ps抖动和整体序列重复性。该发生器是完全可编程的，能够产生高复杂度的数字序列。发生器的概念可以使用不同的微控制器来实现，并应用于控制各种光学，原子和核物理测量设置。
2018-01-08 nucl-ex physics.ins-det quant-ph
A simple configuration setup for compton suppression spectroscopy
快速计时、标准计时和简易计时是康普顿抑制光谱常用的计时方式。这种光谱仪总是使用符合或时间-振幅转换器（TAC）模块。本文提出了一种半定时结构的康普顿抑制光谱仪。半定时结构相对简单，系统设置容易，特别是这种光谱学不需要使用符合或TAC模块。对光谱仪的性能进行了测试和总结。抑制和非抑制模式下的计数率背景、全峰效率和峰面积/背景比具有可比性。
2013-06-18 physics.ins-det
Study of time resolution by digital methods with DRS4 system
本文介绍了一种新的数字脉冲处理（DPP）系统，该系统基于多米诺环采样器第四版（DRS 4），具有良好的时间分辨率，可用于溴化镧探测器，并报道了处理探测器原始信号的不同数字时序分析方法。该系统采用8通道DRS 4芯片作为读出电路和采集系统，对XP 20 D 0光电倍增管（PMT）输出信号进行处理。光电倍增管与LaBr 3闪烁体耦合，并放置在放射性正电子22 Na源的相对侧，用于511 keV伽马射线测试。通过对该系统采集的原始数据进行分析，采用数字恒分数鉴别（dCFD）方法获得的最佳符合定时分辨率约为194.7ps（FWHM），优于其他数字方法和基于传统模拟系统的分析方法。结果表明，利用飞行时间（TOF）对正电子发射断层成像（PET）中的正电子湮没进行更好的定位是一种很有前途的方法，也适用于闪烁计时测量，如用于粒子识别的TOF-DeltaE和TOF-E系统，具有皮秒精度的计时测量。此外，与其他系统相比，该系统更简单和方便。
2015-10-16 physics.data-an physics.ins-det
Comparison calibration system for digital-output infrasound sensors
National Metrology Institute of Japan, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（日本国家计量院，产业技术综合研究所）；Research Institute of Electrical Communication / Graduate School of Information Sciences, Tohoku University（东北大学电气通信研究所 / 信息科学研究院）
本研究提出一种数字输出次声传感器的比较校准系统，用于评估MEMS模块的灵敏度模和相位特性，通过时间戳技术实现同步并验证其性能。
2025-09-01 physics.ins-det
Data Acquisition and Signal Processing for the Gamma Ray Energy Tracking Array (GRETA)
伽马射线能量跟踪阵列（GRETA）是目前正在开发的4 π探测器系统，能够确定锗晶体内多种伽马射线相互作用的能量、定时和跟踪，如伽马射线能量跟踪束内阵列（GRETINA）所示。电荷敏感放大器仪表的晶体和他们的输出转换使用模拟到数字转换器的实时数字处理。在本文中，我们将介绍的探测器系统和数据采集的设计。我们将描述用于在低速率和高速率下找到伽马射线的能量和定时的数字信号处理路径的实时组件。我们将描述数据采集系统硬件和固件的性能，并与要求进行比较。
2020-10-30 physics.ins-det
Design of Prototype Front-end Digital Module for Direct Dark Matter Detection based on LAr
液态氩（LAr）具有约40光子/keV的高光产额，是直接探测弱相互作用大质量粒子（WIMP）的有吸引力的目标，WIMP是很有动机的银河系暗物质候选者。研究了一种光电倍增管闪烁读出的LAr暗物质探测器的前端电子学设计，该探测器具有输入动态范围为5 pC ~ 1 nC，分辨力高，可分辨出单个光电子的特点。本文介绍了电子学的重要组成部分--前端数字模块（FDM）的设计。样机采用14位1-GSPS模数转换器（ADC），并在实验室进行了性能测试（如有效位数为10.40 bits@298 MHz）。此外，该原型FDM已经与LAr探测器进行了合作测试，并给出了测试结果。
2018-06-25 physics.ins-det
Performance comparison between signal digitizers and low-cost digital oscilloscopes: spectroscopic, pulse shape discrimination and timing capabilities for nuclear detectors
信号数字化仪彻底改变了核物理中辐射探测器的电子读数方法。这些高度专业化的设备旨在获取核物理实验中探测器特有的信号。信号采集所需的多个模块的功能现在可以由单个数字转换器取代。正如名称所暗示的那样，利用这种读出模块，信号首先被数字化（即，信号波形被采样并转换为数字表示），然后被存储或被实时分析。在能量、时间分辨率和采集速率方面，其性能可以与传统的模拟对应物相当或更好。在这项工作中，我们研究了使用通用数字示波器作为核探测器的信号数字化器。为了进行适当的比较，我们采用了分布式数据采集系统（DAQ），它简化了硬件和在线数据分析之间的接口。来自一组典型辐射探测器的信号被数字化并使用非常相同的算法进行分析，以避免由于不同的软件分析而导致的偏差。我们比较了两个传统的信号数字化仪（CAEN DT5725和CAEN DT5751）的两个低成本的数字示波器（Digilent模拟发现2，和红火龙果STEMLab 125 - 14），在他们的光谱（能量分辨率），时间分辨率，脉冲形状的歧视，和最大采集速率的能力。
2020-06-02 physics.app-ph physics.ins-det
In-beam test results of an RPC-based module for position-sensitive neutron detectors with timing readout
本文报告了一种基于RPC和10B4C固体转换体的位置灵敏热中子探测器模块的首次束流测试结果，重点验证了中子飞行时间测量和沿束流方向俘获层识别能力。
2024-02-23 nucl-ex physics.ins-det
A Low-Power Time-to-Digital Converter for the CMS Endcap Timing Layer (ETL) Upgrade
本文介绍了一种时间-数字转换器（TDC）的设计和测试结果。TDC将是读出ASIC的一部分，称为ETROC，为高亮度LHC升级的CMS端盖定时层（ETL）读出低增益雪崩探测器（LGAD）。ETROC设计的挑战之一是，在1%的名义命中占用率下，要求TDC每个像素的功耗低于200 W。为了满足低功耗的要求，我们使用一个单一的延迟线的到达时间（TOA）和超过阈值的时间（TOT）的测量没有延迟控制。双选通自校准方案用于补偿工艺变化、温度和电源电压。TDC采用65 nm CMOS工艺制造。TDC的整体性能进行了评估。TOA在其11.6 ns的有效动态范围内具有17.8 ps的仓大小。经非线性校正后，TOA的有效测量精度为5.6ps，未经非线性校正的有效测量精度为9.9ps。TDC块在命中占用率为1%时消耗97 W。在23 C至78 C的温度范围和1.05 V至1.35 V（标称值为1.20 V）的电源电压范围内，TOA的自校准区间大小变化在0.4%以内。所测得的TDC性能满足要求，除了更多的测试将在未来进行，以验证TDC符合辐射耐受性规范。
2020-10-31 cs.SY eess.SY hep-ex
A large area 100 channel Picosec Micromegas detector with sub 20 ps time resolution
本文介绍100通道、100 cm² PICOSEC Micromegas精密计时探测器的设计与束流测试，通过更均匀的薄漂移间隙和新型RF放大器实现17 ps时间分辨率。
2023-03-31 physics.ins-det
PulseDL-II: A System-on-Chip Neural Network Accelerator for Timing and Energy Extraction of Nuclear Detector Signals
Tsinghua University（清华大学）；Central China Normal University（华中师范大学）
配备高速数字化仪的前端电子设备正在被用于未来的核探测器。最近的文献表明，深度学习模型，特别是一维卷积神经网络，在处理来自核探测器的数字信号时很有前途。仿真和实验表明，令人满意的精度和额外的好处，神经网络在这方面。然而，具体的硬件加速这种模式的在线操作仍然需要研究。在这项工作中，我们介绍PulseDL-Ⅱ，片上系统（SoC），专门设计的事件功能（时间，能量等）的应用。通过深度学习提取脉冲。基于以前的版本，PulseDL-II将RISC CPU纳入系统结构，以实现更好的功能灵活性和完整性。SoC中的神经网络加速器采用三级（运算单元、处理单元、神经网络）分层结构，便于数字设计的参数优化。此外，我们设计了一种与深度学习框架兼容的量化方案（例如，TensorFlow）。我们验证了正确的操作PulseDL-II的现场可编程门阵列（FPGA）单独和实验设置，包括一个直接数字合成（DDS）和模数转换器（ADC）。该系统在信噪比为47.4 dB时，时间分辨率为60 ps，能量分辨率为0.40%。
2023-02-09 cs.AR cs.LG physics.ins-det
Simulation Study of Photon-to-Digital Converter (PDC) Timing Specifications for LoLX Experiment
本文通过模拟研究了LoLX实验中光子-数字转换器（PDC）的定时规格，提出基于时间的切伦科夫光分离方法，将分离水平从54%提升至71%，为PDC设计提供了规格指南。
2025-02-27 hep-ex physics.ins-det
The CMS Barrel Timing Layer: test beam confirmation of module timing performance
本文介绍了 CMS 桶部 MIP Timing Detector 的设计，通过使用 LYSO:Ce 晶体和 SiPMs，在测试束实验中验证了其在恶劣辐射环境下达到 30-60 ps 时间分辨率的目标性能。
2025-04-15 hep-ex physics.ins-det
Commissioning of ELLIE for SNO+
SNO+是一个位于加拿大萨德伯里的无中微子双β衰变和低能中微子实验。为了提高我们对探测器能量分辨率和系统学的理解，已经开发了校准系统来连续监测探测器的光学特性，例如：吸收、再发射、散射和定时。该现场光学校准系统的一部分是嵌入式LED/激光注入实体（ELLIE）。它由三个子系统组成：AMELLIE、SMELLIE、TELLIE。衰减模块（AMELLIE）设计用于监测总光学衰减，而在375 nm-700 nm波长范围内的光学散射将由散射模块（SMELLIE）表征。定时模块（TELLIE）的目的是测量光电倍增管的定时特性。我们介绍了这三个系统的计划调试，其运行始于2017年初。
2017-04-30 hep-ex physics.ins-det
Cross-Detection and Dual-Side Monitoring Schemes for FPGA-Based High-Accuracy and High-Precision Time-to-Digital Converters
本研究提出基于FPGA的CD-DSM TDC设计，通过交叉检测减少气泡并利用双侧监测校准，实现了6.1 ps平均bin大小和3.8 ps均方根，显著提升了时间分辨率、线性度与稳定性。
2024-10-12 eess.SP physics.ins-det physics.med-ph
Design of a "Digital Atlas Vme Electronics" (DAVE) Module
ATLAS-SCT开发了一种新的ATLAS触发卡，“数字阿特拉斯Vme电子”（“DAVE”）。该单元旨在提供一系列通用的接口和逻辑资源，包括一个大型FPGA。它连接VME总线和USB主机。DAVE旨在提供精确的ATLAS CTP（ATLAS中央触发器处理器）功能，随机触发，简单和复杂的死区时间，ECR（事件计数器复位），BCR（束计数器复位）等正在生成，以提供完全相同的条件，在独立运行中经历的组合运行。DAVE提供了额外的硬件和大量的免费固件资源，允许用户添加或更改功能。大量可单独编程的各种格式的输入和输出与非常大的外部RAM和所有连接到FPGA的其他组件相结合，也使DAVE成为功能强大的多功能FPGA实用卡
2011-11-17 hep-ex physics.ins-det
Development of a SiPM-based readout-module for the characterization of various scintillator materials
在本文中，我们讨论了一种通用的方法，使用SiPM在不同的电气配置结合众多的闪烁体材料的应用在核仪器，如量热和定时。在PANDA探测器中使用的“混合”配置被发现显示出最快的定时特性，具有几百皮秒的响应，通过结合大的有源区域的优点，同时避免高工作电压和暗噪声。“平行”配置显示出最大的光收集效率，因此适用于能量测量。采用几种校准谱测量了2厘米厚的PbWO $_4$晶体中最小电离宇宙μ子的能量沉积。
2018-11-04 hep-ex physics.ins-det
Design of a Robust Fiber Optic Communications System for Future IceCube Detectors
在这项工作中，我们将讨论正在进行的开发的混合光纤/铜数据和定时基础设施的未来IceCube-Gen 2检测器。冰立方中微子天文台是一个由86个模块组成的大型探测器。这些模块利用自定义协议进行通信，以减轻长距离铜缆的信令挑战。超越铜基主干的限制将允许更大的未来IceCube探测器具有极其精确的定时和大幅度的超额吞吐量，以适应创新的未来模块。为此，即将到来的IceCube升级提供了一个为新的光纤基础设施部署探路者的机会，称为光纤测试系统。该设计借鉴了AMANDA和IceCube的经验，并结合了最近成熟的技术，如加固光纤和白兔计时，以提供强大的高性能数据和计时传输。
2021-07-23 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Measurements of timing resolution of ultra-fast silicon detectors with the SAMPIC waveform digitizer
SAMpler for PICosecond time（SAMPIC）芯片由CEA/IRFU/SEDI，Saclay和CNRS/LAL/SERDI，Orsay合作设计。它得益于时间数字转换器的快速响应和波形数字化仪的多功能性，可执行精确的定时测量。由于采样信号，可以使用最佳利用脉冲形状的智能算法来提高时间分辨率。已经开发了一个软件框架来分析SAMPIC的输出数据，并通过使用一个恒定的分数分频器或快速互相关算法提取定时信息。SAMPIC的定时能力与软件框架一起进行了测试，使用由信号发生器或由脉冲红外激光照射的硅探测器产生的脉冲。在这些理想的实验条件下，SAMPIC芯片已被证明能够与合成信号和40 ps与硅探测器信号的时序分辨率低至4 ps。
2016-08-11 hep-ex physics.ins-det
A waveform and time digitization mainboard prototype for the hybrid digital optical module of TRIDENT neutrino experiment
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）
针对TRIDENT中微子实验的混合数字光学模块需求，设计定制数字化主板原型，实现多通道波形同步采样与高精度时间测量，达到优异的单光电子探测性能与亚纳秒计时分辨率。
2025-11-19 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Analytic timing calculations and timing limits with prompt photons, high-aspect-ratio crystals, and complex TOF-kernels in TOF-PET
提出解析框架预测TOF-PET探测器时序，结合瞬发光子与复杂TOF核，快速计算并验证理论极限，指导探测器开发。
2025-10-06 physics.ins-det physics.med-ph
Study of digital pulse shape discrimination method for n-γ separation of EJ-301 liquid scintillation detector
建立了一个基于可编程模块NI-5772的数字脉冲形状鉴别系统，并在EJ-301液体闪烁探测器上进行了测试。该模块通过LabVIEW开发的程序运行，采样频率高达1.6GS/s。用~（22）Na、~（137）Cs和~（60）Co三种标准γ源对EJ-301型液体闪烁探测器进行了刻度，得到了γ响应函数。提出了电荷比较法和过零法的数字算法。实验结果表明，这两种数字信号处理（DSP）算法可以区分中子和γ射线。此外，过零方法在80 keVee和更低时显示出更好的n-γ分辨力，而电荷比较方法在更高的阈值时给出更好的结果。此外，在9个能量阈值下提取了两种不同尺寸探测器的优值，发现小尺寸探测器对裂变中子的n-γ分离性能较好。
2015-02-06 nucl-ex physics.ins-det
Performance study and calibration strategy of the HADES scintillator TOF Wall with fast digital readout
在这项工作中，我们提出的校准程序和用于飞行时间（TOF）测量的HADES实验中的长闪烁体棒的性能研究。安装在TOF探测器上的数字前端电子设备需要开发新的校准方法。分光计在粒子识别和指向精度方面的卓越性能使人们能够非常详细地确定电离器对最小电离粒子的响应。已经发现校准参数的显著位置灵敏度，特别是对于信号时间游走。在考虑了位置依赖性后，最短棒（1475 mm）和最长棒（2356 mm）的最小电离粒子定时精度分别从190~ps提高到135~ps和165~ps。这些结果与闪烁体条的时间退化长度一致，如从先前测量确定的。
2021-03-12 nucl-ex physics.ins-det
Development of a timing chip prototype in 110 nm CMOS technology
我们提出了一个读出芯片的原型，为未来的像素检测器的定时能力。该原型旨在表征像素大小为$100\times100~μ\text{m}^2$的4D像素阵列，其中传感器为低增益雪崩二极管（LGAD）。长期的焦点是在高亮度LHC（HL-LHC）期间CMS实验的扩展前向像素系统（TEPX）中可能更换磁盘。该ASIC的要求是在每个像素内集成时间数字转换器（TDC）、低功耗和高达$5\times10^{15}~n_\text{eq}\text{~cm}^{-2}$的辐射容限，以承受HL-LHC（TEPX中）最内部探测器模块中用于$3000 \text{fb}^{-1}$的辐射水平。LFoundry和UMC采用110 nm CMOS工艺设计并生产了一个原型，具有不同版本的TDC结构，以及与传感器接口的前端电路。TDC的设计将被讨论，与测试设置的测量，和第一个结果比较不同的结构的性能。
2023-02-13 hep-ex physics.ins-det
A simplified spectrometer based on a fast digital oscilloscope for the measurement of high energy $γ$-rays
本文介绍了一种用于研究能量达$\sim100$ MeV的$γ$射线的简化数字谱仪，并进行了测试。该谱仪仅由一个快速数字示波器和三个闪烁探测器组成，它们可以工作在单一或符合模式下：两个BGO探测器包括$\varnothing\,7.62\times7.62$ cm BGO晶体和一个塑料探测器，包括有机聚苯乙烯基闪烁体。光谱仪的基本性能（能量分辨率，时间分辨率，$γ$射线探测效率）进行了详尽的研究，也使用基于Geant 4的蒙特卡罗模拟。提出了几种离线模式下处理波形的数值算法，并进行了测试，以执行数字定时，脉冲面积测量和无抑制地处理堆积事件。结果，光谱仪显示出比具有相同检测器的常见10位CAMAC ADC获得的能量分辨率更好的$\sim10\%$能量分辨率。基于脉冲波形分析的算法在恶劣条件下（堆积部分含有$\sim30\%$）具有较高的处理效率。所测量的光谱仪的最大计数率为$1.8\times10^5$波形/秒。
2014-05-28 nucl-ex physics.ins-det
Test-beam demonstration of a TORCH prototype module
TORCH飞行时间探测器的设计目的是为带电粒子提供15 ps的定时分辨率，从而在10 m的飞行路径上识别出高达10 GeV/c动量的$π$ / $K$粒子和切伦科夫光子，产生于10 mm厚的石英板中被聚焦到微通道板光电倍增管（MCP-PMT）的阵列上，该阵列测量光子到达时间和空间位置。半尺寸（$660\times1250\times10$ mm $^3$）TORCH演示模块已在CERN的8 GeV/c质子-π介子混合束流中进行了实验。采用了与工业伙伴合作开发的有源区$53\times53$ mm $^2$和粒度$64\times64$像素的定制方形MCP-光电倍增管。单光子的定时性能和光子产率已被测量为辐射器中的光束位置的函数，给出与预期一致的测量结果。TORCH在LHCb升级II的高光度运行中的预期性能已经被模拟。
2021-11-08 hep-ex physics.ins-det
