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(yàn)室自主研制的大動態(tài)范圍讀出ASIC（專用集成電路）芯片，也將是我國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，共包含三個水池，探測器總面積達(dá)8萬平方米，共裝配3120個大尺寸光電倍增管（Photo-Multiplier Tube，PMT），要求進(jìn)行大動態(tài)范圍內(nèi)高精度的信號讀出和測量，世界上尚無一款成熟芯片可直接應(yīng)用于此實(shí)驗(yàn)中。針對此技術(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(shè)計，成功完成千倍量級大動態(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)動等電路，可以實(shí)現(xiàn)高精度的時間和電荷測量，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專家組對基于此ASIC芯片的讀出電子學(xué)方案進(jìn)行了評審，專家組認(rèn)為此方案簡化了系統(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建設(shè)的三號水池（WCDA近一半探測器系統(tǒng)）工程應(yīng)用要求。基于專家組意見，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站）是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，在國務(wù)院發(fā)布的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃（2012-2030年）》中被列為16個優(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。核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)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)觀測階段。作為LHAASO陣列的重要部分，由我國自主建設(shè)的WCDA在規(guī)模上將是世界上最大的同類探測器，探測靈敏度最高，運(yùn)行取得數(shù)據(jù)可用于甚高能伽馬天文研究。