中國科大自主研制的ASIC芯片 將用于LHAASO工程

PASC芯片是我校核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室自主研制的大動(dòng)態(tài)范圍讀出ASIC（專(zhuān)用集成電路）芯片，也將是我國在大型宇宙線(xiàn)物理實(shí)驗中首批使用的自主研制ASIC芯片。該成果將成功運用到“國家發(fā)改委十二五”規劃 -- LHAASO （Large High Altitude Air Shower Observatory）項目的水契倫科夫探測器陣列（Water Cherenkov Detector Array，WCDA）讀出中。

WCDA是LHAASO中的核心探測器之一，共包含三個(gè)水池，探測器總面積達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)范圍內高精度的信號讀出和測量，世界上尚無(wú)一款成熟芯片可直接應用于此實(shí)驗中。針對此技術(shù)挑戰，重點(diǎn)實(shí)驗室安琪教授、趙雷教授團隊進(jìn)行了方案、原理樣片和工程樣片等階段的設計和測試，并針對WCDA采用國產(chǎn)新型20’’ MCP PMT的新方案進(jìn)行了優(yōu)化設計，成功完成千倍量級大動(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、驅動(dòng)等電路，可以實(shí)現高精度的時(shí)間和電荷測量，并可取代由大量分立器件構建的復雜電路，全面滿(mǎn)足LHAASO應用的各項性能指標，技術(shù)上實(shí)現突破。2019年9月20日，LHAASO工程經(jīng)理部在稻城基地邀請專(zhuān)家組對基于此ASIC芯片的讀出電子學(xué)方案進(jìn)行了評審，專(zhuān)家組認為此方案簡(jiǎn)化了系統復雜度，降低了功耗并提高了可靠性，可以更好地滿(mǎn)足即將展開(kāi)建設的三號水池（WCDA近一半探測器系統）工程應用要求?；趯?zhuān)家組意見(jiàn)，LHAASO工程經(jīng)理部正式批準將此芯片用于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(guān)測站）是國家重大科技基礎設施建設項目，在國務(wù)院發(fā)布的《國家重大科技基礎設施建設中長(cháng)期規劃（2012-2030年）》中被列為16個(gè)優(yōu)先安排的重大項目之一。LHAASO瞄準世紀難題——宇宙線(xiàn)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的建成將標志著(zhù)我國在宇宙線(xiàn)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。核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室研究團隊目前已完成一、二號水池電子學(xué)的研制和工程實(shí)施，其中一號水池已成功進(jìn)入科學(xué)觀(guān)測階段。作為L(cháng)HAASO陣列的重要部分，由我國自主建設的WCDA在規模上將是世界上最大的同類(lèi)探測器，探測靈敏度最高，運行取得數據可用于甚高能伽馬天文研究。