Published November 7, 2023
| Version v1
Publication
Open
Spectral Engineering For Optimal Signal Performance In The Microwave SQUID Multiplexer
Creators
- 1. Instituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas
- 2. Comisión Nacional de Energía Atómica
- 3. Karlsruhe Institute of Technology
Description
Abstract We describe a technique to optimize the dynamic performance of Microwave SQUID Multiplexer (μMUX) based systems. These systems proved to be adequate for reading out multiple cryogenic detectors simultaneously. However, the requirement for denser detector arrays to increase the sensitivity of scientific experiments makes its design a challenge. By modifying the readout power per channel, there is a trade-off between decreasing the Signal to Noise Ratio (SNR) and boosting the nonlinearities of the active devices. The latter is characterized by the Spurious Free Dynamic Range (SFDR) parameter and manifests as an increment in the intermodulation products and harmonics power. We estimate the optimal spectral location of the SQUID signal containing the detector information for different channels. Through this, what we refer to as Spectral Engineering, is possible to overcome the trade-off. By this technique, it is possible to minimize the SNR degradation of all the detector signals while maximizing their SFDR.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
وصفنا تقنية لتحسين الأداء الديناميكي للأنظمة القائمة على ميكروويف الحبار متعدد الإرسال (μMUX). أثبتت هذه الأنظمة أنها كافية لقراءة العديد من أجهزة الكشف المبردة في وقت واحد. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى مصفوفات كاشفات أكثر كثافة لزيادة حساسية التجارب العلمية تجعل تصميمها تحديًا. من خلال تعديل قوة القراءة لكل قناة، هناك مفاضلة بين تقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) وتعزيز اللاخطية للأجهزة النشطة. يتميز الأخير بمعلمة النطاق الديناميكي الحر الزائف (SFDR) ويتجلى كزيادة في منتجات التضمين البيني وقوة التوافقيات. نقدر الموقع الطيفي الأمثل لإشارة الحبار التي تحتوي على معلومات الكاشف للقنوات المختلفة. من خلال هذا، ما نشير إليه باسم الهندسة الطيفية، من الممكن التغلب على المفاضلة. من خلال هذه التقنية، من الممكن تقليل تدهور SNR لجميع إشارات الكاشف مع تعظيم SFDR الخاصة بها.Translated Description (French)
Résumé Nous décrivons une technique pour optimiser les performances dynamiques des systèmes basés sur le multiplexeur Microwave SQUID (μMUX). Ces systèmes se sont avérés adéquats pour lire simultanément plusieurs détecteurs cryogéniques. Cependant, l'exigence de réseaux de détecteurs plus denses pour augmenter la sensibilité des expériences scientifiques rend sa conception difficile. En modifiant la puissance de lecture par canal, il y a un compromis entre la diminution du rapport signal sur bruit (SNR) et l'augmentation des non-linéarités des dispositifs actifs. Ce dernier est caractérisé par le paramètre Spurious Free Dynamic Range (SFDR) et se manifeste par un accroissement des produits d'intermodulation et de la puissance des harmoniques. Nous estimons l'emplacement spectral optimal du signal SQUID contenant les informations du détecteur pour différents canaux. Grâce à cela, ce que nous appelons l'ingénierie spectrale, il est possible de surmonter le compromis. Par cette technique, il est possible de minimiser la dégradation SNR de tous les signaux du détecteur tout en maximisant leur SFDR.Translated Description (Spanish)
Resumen Describimos una técnica para optimizar el rendimiento dinámico de los sistemas basados en el multiplexor SQUID de microondas (μMUX). Estos sistemas demostraron ser adecuados para leer múltiples detectores criogénicos simultáneamente. Sin embargo, el requisito de matrices de detectores más densas para aumentar la sensibilidad de los experimentos científicos hace que su diseño sea un desafío. Al modificar la potencia de lectura por canal, existe una compensación entre disminuir la relación señal/ruido (SNR) y aumentar las no linealidades de los dispositivos activos. Este último se caracteriza por el parámetro Rango Dinámico Libre de Espurias (SFDR) y se manifiesta como un incremento en los productos de intermodulación y la potencia de los armónicos. Estimamos la ubicación espectral óptima de la señal SQUID que contiene la información del detector para diferentes canales. A través de esto, lo que denominamos Ingeniería Espectral, es posible superar el trade-off. Mediante esta técnica, es posible minimizar la degradación de SNR de todas las señales del detector mientras se maximiza su SFDR.Files
latest.pdf.pdf
Files
(22.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b41fd70918ff8d379e83043ab3d48526
|
22.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الهندسة الطيفية لأداء الإشارة الأمثل في معدد حبار الميكروويف
- Translated title (French)
- Ingénierie spectrale pour une performance optimale du signal dans le multiplexeur SQUID à micro-ondes
- Translated title (Spanish)
- Ingeniería espectral para un rendimiento óptimo de la señal en el multiplexor de microondas SQUID
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388461619
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3549205/v1