微通道板探测器高速交叉条读出的质心算法

引用

Vallerga, J., Tremsin, A., Raffanti, R., & Siegmund, O. (2011). 微通道板探测器高速交叉条读出的质心算法。《核仪器与物理研究方法》A部分：加速器、谱仪、探测器及相关设备，633，S255–S258。https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.06.181

关键词

微通道板探测器
单光子计数
交叉条阳极
质心算法

简介

使用交叉条读出阳极的微通道板探测器成像需要使用质心算法，利用 FPGA 实时计算每个事件的质心。

摘要

带有交叉条带 (XS) 读出阳极的成像微通道板 (MCP) 探测器需要质心算法来确定入射辐射放大电荷云的位置。作者开发了一种系统，该系统为每个条带配备一个放大器和模数转换器 (ADC)，并使用现场可编程门阵列 (FPGA) 实时计算每个事件的质心。这避免了将原始数据传输到计算机的带宽限制，从而实现了更高的输入事件率。为该系统开发的固件可以重新映射通道号、减去直流偏移、检测事件、线性化幅度、应用有限脉冲响应 (FIR) 滤波器、计算空间质心、校正畸变、同步位置数据以及将事件传输到下游计算机。

质心确定的精度和准确度与事件率之间存在权衡。在计算中使用较少的条带可以提高精度，而使用较多的条带可以提高准确度。本研究中使用的“全部高于阈值”(AAT) 算法仅使用高于总事件电荷一定比例的条带信号。该方法根据电荷云的位置调整所用条带的数量。插值卷积 (IC) 算法通过将电荷分布与双极核进行卷积，比 AAT 算法提供了更好的空间分辨率和更平滑的失真。

该系统使用 18 毫米和 40 毫米 XS 探测器进行测试，在每光子 900,000 e- 的增益下实现了微米级的空间分辨率。由于电荷分布欠采样引起的周期性失真可使用 FPGA 中的查找表进行实时校正。作者得出结论，新型 ASIC 可以通过缩短事件持续时间和放大器噪声来进一步提升系统性能。

来源：https://europepmc.org/backend/ptpmcrender.fcgi?accid=PMC3170860&blobtype=pdf