Difference between revisions of "Vorverstärker"

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The preamplifier boosts the SiPM's very small signal amplitude by ~20dB and should be located as close as possible to the SiPM itself in order to maintain an acceptable signal-to-noise ratio (SNR). Therefore, a plug-on PCB for the [[sipm_board|SiPM board]] in the same form factor was designed, which shall be as versatile as possible in order to adapt for different read-out concepts with the following properties:
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Der Vorverstärker verstärkt die sehr kleine Signalamplitude des SiPMs um ~20dB und sollte möglichst nahe am SiPM selbst platziert werden, um ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten. Daher wurde eine Aufsteckplatine für das [[sipm_board|SiPM Board]] im gleichen Formfaktor entworfen, die möglichst vielseitig sein soll, um sich für unterschiedliche Auslesekonzepte mit folgenden Eigenschaften anzupassen:
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* supply of the SiPM bias voltage through the preamp including bias filter
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* Zuführung der SiPM-Vorspannung durch den Vorverstärker einschließlich Vorspannungsfilter
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* AC-coupling of the preamp input
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* AC-Kopplung des Vorstufeneingangs
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* based on low-noise Infineon MMIC [https://www.infineon.com/cms/en/product/rf-wireless-control/low-noise-amplifier-lna-ics/general-purpose-lnas/bga614/ BGA614]
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* Basierend auf rauscharmem Infineon MMIC [https://www.infineon.com/cms/en/product/rf-wireless-control/low-noise-amplifier-lna-ics/general-purpose-lnas/bga614/ BGA614]
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* mounting option for one (default, positive output) or two MMIC stages (negative output)
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* Montagemöglichkeit für eine (Default, positiver Ausgang) oder zwei MMIC-Stufen (negativer Ausgang)
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* options for preamp voltage supply (+5V): either via separate connector (J2) or remote powering via output signal (default)
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* Optionen für die Spannungsversorgung des Vorverstärkers (+5V): entweder über separaten Anschluss (J2) oder Fernspeisung über das Ausgangssignal (Default)
  
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[[File:Preamp V3-1.jpg|thumb|640px|right|Preamplifier schematic]]
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[[File:Preamp V3-1.jpg|thumb|640px|right|Schaltplan des Vorverstärkers]]
  
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For the different operation modes, the following '''mounting options''' are offered (unmentioned components are identical as indicated in the schematic or as in the default option):
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Für die verschiedenen Betriebsarten werden folgende '''Montageoptionen''' angeboten (nicht erwähnte Komponenten sind identisch wie im Schaltplan angegeben oder wie in der Standardoption):
  
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'''Default (single-stage, remote powering)'''
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'''Standard (einstufig, Fernspeisung)'''
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* do not mount: IC2, C5, C6, L4, R5, C7, J2, J5
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* nicht montieren: IC2, C5, C6, L4, R5, C7, J2, J5
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* mount: R7 (0R), R6 (0R), C2 (0R), connect IC2 pins 1 to 3 (e.g. with edge mounted 0R resistor)
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* montieren: R7 (0R), R6 (0R), C2 (0R), verbinde IC2 pins 1 zu 3 (z. B. mit kantenmontiertem 0R-Widerstand)
  
 
'''Dual-stage'''
 
'''Dual-stage'''
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* mount: IC2, R6/C7 = pole-zero-cancellation network (e.g. 47R/22p)
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* montieren: IC2, R6/C7 = Pol-Null-Korrektur-Netzwerk (z.B. 47R/22p)
  
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'''Separate power supply connection'''
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'''Separater Anschluss der Spannungsversorgung'''
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* do not mount: L3
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* nicht montieren: L3
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* mount: J2
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* montieren: J2
  
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'''Floating bias voltage supply''' (galvanically isolated from signal GND)
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'''Floating-Bias-Spannungsversorgung''' (galvanisch getrennt von Signal-GND)
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* dnm: R7
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* nicht montieren: R7
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* mount C5, C6
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* montieren: C5, C6
  
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'''General purpose 50Ω RF amplifier''' (no SiPM, signal input via u.Fl socket J5)
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'''Allzweck 50Ω HF-Verstärker''' (kein SiPM, Signaleingang über u.Fl-Buchse J5)
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* dnm: J1, J3, R1, R2, L2
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* nicht montieren: J1, J3, R1, R2, L2
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* mount: J5
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* montieren: J5
  
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[[File:Preamp sipm pcbs mounted.JPG|thumb|left|mounted preamp (top) and photosensor PCBs (bottom) with one instrumented SiPM]]
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[[File:Preamp sipm pcbs mounted.JPG|thumb|left|montierte Vorverstärker- (oben) und Fotosensor PCBs (unten) mit einem instrumentierten SiPM]]
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[[File:Preamp_detail1.png|thumb|left|Mounted preamp plugged on the pin headers of the SiPM board of an assembled detector plate]]
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[[File:Preamp_detail1.png|thumb|left|Montierter Vorverstärker, der auf die Stiftleisten der SiPM-Platine einer montierten Detektorplatte gesteckt wird]]

Revision as of 20:53, 5 January 2021

Der Vorverstärker verstärkt die sehr kleine Signalamplitude des SiPMs um ~20dB und sollte möglichst nahe am SiPM selbst platziert werden, um ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten. Daher wurde eine Aufsteckplatine für das SiPM Board im gleichen Formfaktor entworfen, die möglichst vielseitig sein soll, um sich für unterschiedliche Auslesekonzepte mit folgenden Eigenschaften anzupassen:

  • Zuführung der SiPM-Vorspannung durch den Vorverstärker einschließlich Vorspannungsfilter
  • AC-Kopplung des Vorstufeneingangs
  • Basierend auf rauscharmem Infineon MMIC BGA614
  • Montagemöglichkeit für eine (Default, positiver Ausgang) oder zwei MMIC-Stufen (negativer Ausgang)
  • Optionen für die Spannungsversorgung des Vorverstärkers (+5V): entweder über separaten Anschluss (J2) oder Fernspeisung über das Ausgangssignal (Default)
Schaltplan des Vorverstärkers

Für die verschiedenen Betriebsarten werden folgende Montageoptionen angeboten (nicht erwähnte Komponenten sind identisch wie im Schaltplan angegeben oder wie in der Standardoption):

Standard (einstufig, Fernspeisung)

  • nicht montieren: IC2, C5, C6, L4, R5, C7, J2, J5
  • montieren: R7 (0R), R6 (0R), C2 (0R), verbinde IC2 pins 1 zu 3 (z. B. mit kantenmontiertem 0R-Widerstand)

Dual-stage

  • montieren: IC2, R6/C7 = Pol-Null-Korrektur-Netzwerk (z.B. 47R/22p)

Separater Anschluss der Spannungsversorgung

  • nicht montieren: L3
  • montieren: J2

Floating-Bias-Spannungsversorgung (galvanisch getrennt von Signal-GND)

  • nicht montieren: R7
  • montieren: C5, C6

Allzweck 50Ω HF-Verstärker (kein SiPM, Signaleingang über u.Fl-Buchse J5)

  • nicht montieren: J1, J3, R1, R2, L2
  • montieren: J5
montierte Vorverstärker- (oben) und Fotosensor PCBs (unten) mit einem instrumentierten SiPM
Montierter Vorverstärker, der auf die Stiftleisten der SiPM-Platine einer montierten Detektorplatte gesteckt wird
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