Ladungs- Frequenzwandler


Der Ladungs- Frequenzwandler wurde ursprünglich im Rahmen des GSI-Krebstherapieprojektes als diskretes NIM-Modul entwickelt, um Ladungsflüsse in Ionisationskammern über einen großen Dynamikbereich mit hoher Auflösung messen zu können. Durch die Möglichkeiten des ASIC-Designs konnten vier Wandlerkanäle auf einem Silizium-Chip integriert werden. Zudem kann der sogenannte QFW2-Chip, anders als sein diskretes Vorbild, positive und negative Ströme erfassen.

Der QFW2-ASIC wird heute von der GSI-Strahldiagnose für die Auslese von Profildrahtgittern eingesetzt. Er spielt somit auch eine wichtige Rolle für den Aufbau der FAIR-Beschleunigeranlage.

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QFW2 ASIC

Aus den Messungen ergaben sich die folgenden Parameter:

Auflösung

Leckstrom

i_Max

-250 fC

1,65 pA

13 µA

-2,5 pC

1,60 pA

130 µA

+250 fC

300 fA

13 µA

+2,5 pC

300 fA

130 A

Der QFW2 ASIC arbeitet als Ladungsintegrator. Sobald eine definierte Ladungsmenge (250 fC oder 2,5 pC) erreicht ist, wird ein Ausgangspuls erzeugt. Bevor der Integrator in Sättigung geht, wird auf einen zweiten Integrator umgeschaltet, sodass der erste wieder entladen werden kann. Der QFW erzeugt somit eine Ausgangsfrequenz, die zum Eingangsstrom proportional ist. Durch Zählen der Pulse, kann die integrierte Ladungsmenge genau vermessen werden.

Zur Erfassung der Pulse enthält der QFW-ASIC für jeden Kanal Ereigniszähler, die automatisch zyklisch ausgelesen und über einen 8-Bit-Datenbus nach Außen gemeldet werden.


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