中國(guó)科大自主研制的ASIC芯片 將用于LHAASO工程

PASC芯片是我校核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研制的大動(dòng)態(tài)范圍讀出ASIC（專用集成電路）芯片，也將是我國(guó)在大型宇宙線物理實(shí)驗(yàn)中首批使用的自主研制ASIC芯片。該成果將成功運(yùn)用到“國(guó)家發(fā)改委十二五”規(guī)劃 -- LHAASO （Large High Altitude Air Shower Observatory）項(xiàng)目的水契倫科夫探測(cè)器陣列（Water Cherenkov Detector Array，WCDA）讀出中。

WCDA是LHAASO中的核心探測(cè)器之一，共包含三個(gè)水池，探測(cè)器總面積達(dá)8萬(wàn)平方米，共裝配3120個(gè)大尺寸光電倍增管（Photo-Multiplier Tube，PMT），要求進(jìn)行大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)高精度的信號(hào)讀出和測(cè)量，世界上尚無(wú)一款成熟芯片可直接應(yīng)用于此實(shí)驗(yàn)中。針對(duì)此技術(shù)挑戰(zhàn)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安琪教授、趙雷教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了方案、原理樣片和工程樣片等階段的設(shè)計(jì)和測(cè)試，并針對(duì)WCDA采用國(guó)產(chǎn)新型20’’ MCP PMT的新方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功完成千倍量級(jí)大動(dòng)態(tài)范圍前端讀出ASIC芯片的研制，并于今年進(jìn)行了工程批的流片制作。

該ASIC芯片集成多通道放大、成形、甄別、驅(qū)動(dòng)等電路，可以實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間和電荷測(cè)量，并可取代由大量分立器件構(gòu)建的復(fù)雜電路，全面滿足LHAASO應(yīng)用的各項(xiàng)性能指標(biāo)，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。2019年9月20日，LHAASO工程經(jīng)理部在稻城基地邀請(qǐng)專家組對(duì)基于此ASIC芯片的讀出電子學(xué)方案進(jìn)行了評(píng)審，專家組認(rèn)為此方案簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了功耗并提高了可靠性，可以更好地滿足即將展開(kāi)建設(shè)的三號(hào)水池（WCDA近一半探測(cè)器系統(tǒng)）工程應(yīng)用要求。基于專家組意見(jiàn)，LHAASO工程經(jīng)理部正式批準(zhǔn)將此芯片用于WCDA讀出電子學(xué)中。

LHAASO（Large High Altitude Air Shower Observatory，大型高海拔空氣簇射觀測(cè)站）是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，在國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃（2012-2030年）》中被列為16個(gè)優(yōu)先安排的重大項(xiàng)目之一。LHAASO瞄準(zhǔn)世紀(jì)難題——宇宙線的起源，開(kāi)展高能物理和天文學(xué)領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究。LHAASO的建成將標(biāo)志著我國(guó)在宇宙線物理研究領(lǐng)域躋身世界前列，成為世界最前沿三大研究基地之一。核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)目前已完成一、二號(hào)水池電子學(xué)的研制和工程實(shí)施，其中一號(hào)水池已成功進(jìn)入科學(xué)觀測(cè)階段。作為L(zhǎng)HAASO陣列的重要部分，由我國(guó)自主建設(shè)的WCDA在規(guī)模上將是世界上最大的同類探測(cè)器，探測(cè)靈敏度最高，運(yùn)行取得數(shù)據(jù)可用于甚高能伽馬天文研究。