Существуют три обычно используемые схемы мультиплексирования (мультиплексирования) для считывания массивов: FDM, TDM и мультиплексирование с кодовым разделением (CDM). В этом разделе мы кратко рассмотрим их применимость и преимущества.
В этих системах вся электронная система управления находится на теплой стороне, а доступ к матрице детекторов осуществляется по радиочастотным / микроволновым линиям с низкими потерями (одна с теплой стороны вниз через ступени криостата, а другая для обратного сигнала). Кроме того, схемы считывания FDM могут применяться как к массивам TES, так и к массивам KID, тогда как другие схемы мультиплексирования предназначены только для TES. Примером недавнего прогресса является разработка схемы FDM, которая может считывать 132 пикселя TES одновременно, используя один SQUID, без потери чувствительности. Это очень близко к 160 детекторам на SQUID, предназначенным для SPICA / SAFARI.
Однако существуют следующие ограничения для схем FDM:
- 1. Тепловые ограничения. В то время как сами матрицы детекторов по существу пассивны, проводники, будь то коаксиальная или витая пара, будут иметь теплопроводность от теплых ступеней, влияя на общий тепловой дизайн. Кроме того, для этих систем требуется один LNA на каждом контуре, вероятно, развернутый где-то между 4 и 20 К, и у LNA будет некоторая диссипация.
- 2. Обработка сигнала. Схемы FDM создают значительные проблемы для возможности обработки бэкэнда электроники: они должны оцифровывать возвращаемые сигналы, затем преобразовывать Фурье в реальном времени с научной частотой дискретизации и извлекать полный массив фаз тонов, которые кодируют уровни сигнала пикселя. , Эти препятствия становятся нетривиальными для больших массивов, предусмотренных для будущих миссий.
Для ОЗТ рассеяние мощности в теплой электронике будет особой проблемой. Примером является обзорный спектрометр среднего разрешения (MRSS), который нацелен на 200 000 пикселей среди всех шести полос спектрометра. Концепция предполагает, что частоты резонатора находятся в диапазоне от 75 МГц до 1 ГГц, и в этой полосе частот может быть размещено 1500 пикселей (относительно комфортная плотность мультиплексирования, предполагающая 400 на октаву считывания). Для этого требуется 130 схем считывания, каждая из которых имеет две коаксиальные линии вплоть до холодной ступени, и холодный усилитель на выходе. Проведенные нагрузки по коаксиальным линиям, а также разумные предположения о диссипации МШУ (1 мВт при 4 К плюс 3 мВт при 20 К для каждого контура) не влияют на тепловой проект обсерватории. Однако,∼ 12~120,5 М ы0,5 μs~ 100 Вт~100 W
~ 14 Вт~14 WKW 1,8 кВт~1,8 кВт, Это рассеяние мощности находится в пределах диапазона других подсистем в будущих миссиях - например, таким миссиям потребуется несколько киловатт для работы криокулеров - и, таким образом, не представляет уникальной проблемы.
Наконец, мы сделаем четыре замечания:
- Хотя расчеты масштабирования мощности просты, разработка этой кремниевой ASIC является существенным проектным усилием, в значительной степени из-за 12-битной глубины; большинство быстрых цифровых спектрометров, реализованных в CMOS, работают на глубине 3 или 4 бита.
- 1 / √ f1/е∼ 50 МГц~50 МГц
- Гибридные схемы, такие как объединение CDM с считыванием в частотной области, привлекательны своей эффективностью по мощности, как при 4 K, из-за меньшего числа транзисторов с высокой подвижностью электронов или параметрических усилителей, так и для теплой электроники из-за более низкой пропускной способности и нижний счетчик проводов. Эти схемы, однако, применимы только к системам на основе TES.
Спектроскопия среднего разрешения
R = 10 2 - 10 4р знак равно102-104R ∼ 1000р~1000 Системы Фабри – Перо также являются механически требовательными, требуют жестких допусков параллельности зеркальных поверхностей и обычно имеют ограниченный свободный спектральный диапазон из-за сложности изготовления достаточно точных исполнительных механизмов. Новая технология, которая может связать большие поля зрения, ожидаемые в дальних инфракрасных телескопах следующего поколения, с килопиксельными или более крупными детекторными матрицами, будет трансформирующей для дальней инфракрасной спектроскопии.
Продолжение следует....
