STCF RICH原型探测器的测试电子学系统构建与联调测试

环形成像切伦科夫(RICH)探测器作为超级陶粲装置(STCF)带电强子(π/K/p)鉴别的技术选项之一,采用厚型气体电子倍增器+微网格气体(THGEM+Micromegas)混合探测器结构以实现对切伦科夫光的探测。针对RICH原型探测器的信号读出,构建了一套1 024通道测试电子学系统,并与探测器进行了联合测试。该测试电子学系统使用高密接插件与RICH原型探测器进行连接,探测器输出信号通过测试电子学系统上的AGET和ADC芯片进行放大、成形和波形数字化,输出的数据经FPGA处理后通过千兆以太网传输至后端PC并进行数据分析。测试结果表明,在120 fC输入动态范围下,系统的等效噪声电荷(ENC)小于0.3 fC,且具有良好的输入-输出线性。该系统成功应用于RICH原型探测器切伦科夫成像束流实验中,并取得了良好的切伦科夫光成像结果。     

基于AGET芯片的MPGD探测器前端电子学设计

本文介绍了一种基于AGET芯片的微结构气体探测器前端电子学系统。该系统采用模块化结构,单个模块具有4片AGET芯片,可同时接收256路探测器信号;通过多个模块并行工作,可处理更大规模的探测器通道。该系统具有多通道、高集成度、低噪声和可扩展等优点,可适应微结构气体探测器等的读出需求。经电子学测试,该系统在不同动态范围,不同达峰时间的积分非线性均小于2%,等效噪声电荷小于1 700 e。     

BES顶点探测器电子学系统

本文介绍了ＢＥＳ顶点探测器电子学系统的电路原理和它的功能，着重于时间数字转换器的技术性能，给出了某些电路框图，并涉及到ＢＥＳ顶点探测器替代中心漂移室的有利之处。     

Chooz 中微子探测器电子学系统的设计

介绍了Ｃｈｏｏｚ中微子探测器中的电子学系系统,简述ＥＭＩ９３５６ＫＢＡ Ｂ５３型光电倍增管的性能和组成该电子学系统的信号扇入／扇出、信号多级触发、时间数字转换、波形数字化以及数据获取等各系统的设计原理。     

4π探测器阵列实验的电子学与获取系统

介绍了4π多探测器阵列上的第一次中能重离子实验的电子学与数据获取系统。4π多探测器为快慢塑料探测器和快塑料闪烁体＋CsI的Phoswich探测器组成，通过电荷数字转换（QDC）分别记录探测器快慢信号，实现粒子的鉴别。在逻辑电路中，对前后角探测器分别给出Trigger信号，QDC的清零信号和快慢公共门信号等。结果表明，前角探测器从质子，氘，氚，^3He,^4He一直到S，P等均可分辨。     

高分辨率X射线探测器读出电子学系统的研制及性能测试

本文针对光锥耦合X射线探测器低噪声的设计要求,研制了一套读出电子学系统,该系统包括模拟驱动电路、前端处理电路及基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理电路。利用X射线成像平台,对研发的探测器进行了性能测试。探测器系统绝对增益为0.168 6DN/e-,线性工作范围为0~154μGy。制冷温度为-20℃时,暗电流噪声为0.037e-/(pixel·s),读出噪声为10.9e-。探测器的本征空间分辨率达16lp/mm。测试结果表明,研制的读出电子学系统能满足高分辨率X射线探测器对低噪声特性的需求。     

HXMT高能电子学测试系统的研制

介绍了为正在研制的HXMT高能电子学系统(ES/HE)研制的一套专用的测试系统。分析了测试系统功能需求,对测试系统进行了整体设计,并着重描述了测试系统中几个主要功能模块的实现原理及方法。     

基于自研ASIC芯片HEPS中硅微条探测器读出电子学原型系统设计与测试

时间分辨X射线粉末衍射技术是探测物质晶体结构及其演变的重要手段。单光子计数型硅微条探测器因其灵敏度高和死时间低,在高能同步辐射光源(HEPS)的X射线粉末衍射实验中发挥着重要作用。研制适用于单光子计数型一维硅微条探测器的专用ASIC读出芯片(SSDROC)及其读出电子学系统,并采用一种新标定方法解决了SSDROC各通道对同一输入输出响应不一致的问题,该方法可显著提高各通道数据一致性并减小衍射实验数据的统计误差。探测器完成各项性能测试,结果表明整体系统线性优秀、能量分辨能力强、噪声低以及计数率高,为将来大覆盖角度一维硅微条探测器系统研制奠定坚实基础。     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

基于LabVIEW的探测器测试系统

介绍了构建基于LabVIEW的探测器测试系统的方法。该系统将探测器的输出信号经过放大和模数变换，得到所测的幅度谱或时间谱。模数变换由基于VME总线的峰值检测ADC实现，数据采集、谱形绘制、结果的保存通过LabVIEW编写的虚拟仪器程序完成。     

大面积GEM中子探测器高计数率读出电子学系统研制

研制并测试了GEM中子探测器的512通道高计数读出电子学系统,以满足中国散裂中子源高效率、高分辨、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求。系统以Kintex-7 FPGA作为系统控制和数据分析的核心,使用8块AS20Board前端芯片对灵敏面积为200 mm×200 mm的探测器的两个维度的信号进行读出,读出通道为256×256。读出数据经FPGA分析后通过千兆以太网传输至计算机显示。计算机可通过千兆以太网发送配置指令对前端采样电路和FPGA算法进行配置。系统与探测器组装后在中子束流实验中测得系统最高瞬时计数率为（1.2±0.1）×106 s^-1,系统运行稳定,受噪声干扰小。     

高计数率气体探测器读出电子学原型机研制

研制一套可用于高计数率气体探测器的读出电子学原型机系统,包括前端板、数据采集板和上位机。前端板采用一款先进的前端读出专用集成电路(ASIC)芯片实现对探测器信号的测量和模数转换;数据采集板利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对数据的分析、处理和传输;上位机实现控制指令发送、PC端数据接收及存储等。在22~99 fC的输入范围内,原型机各通道积分非线性均好于024%;联合探测器使用55Fe放射源测试,结果好于相同条件下的商用电子学。可满足20 kHz计数率下GEM TPC探测器的读出需求。     

面向暗物质直接探测的原型液氩探测器读出电子学系统设计

针对面向暗物质直接探测的t级原型液氩探测器的信号读出需求,本文设计了1套基于高速、高精度波形数字化技术及PXI Express高速仪器总线技术的读出电子学系统。该系统采用多个波形数字化模块和1个全局触发模块,实现单机箱40路光电倍增管信号的同步采集。系统具有很好的灵活性和可扩展性,通过将多个机箱的触发模块级联可进一步将系统规模扩展至数百通道。该系统研制完成后,配合1个10 kg级的小型液氩探测器开展了单光电子标定和放射源联调测试。通过放射源测试,获得了高质量的液氩探测器闪烁光信号波形。利用脉冲形状甄别算法,可清晰区分核反冲事例和γ事例,初步结果表明,在80~240 pe(光电子)信号幅度范围内的17万个事例中,没有电子反冲信号被误判为中子信号,验证了读出电子学技术路线和设计方案的可行性。     

Design of Readout Electronics System for Prototype LAr-based Direct Dark Matter Detector

The prototype readout electronics system of direct dark matter detection experiments, which is mainly based on high speed and high precision waveform sampling and high speed data transfer techniques, consists of multiple waveform digitization modules (WDMs) and one global trigger module (GTM). The WDM exploits high speed analog-to-digital converter to acquire signals from the photomultiplier tubes (PMTs). The GTM collects hit information from WDMs, generates system trigger signal and fans out synchronous clock to all WDMs via backplane buses. Based on offline pulse shape discrimination method, the nuclear recoil events from a PuC neutron source can be clearly distinguished from gamma events within the energy range of 80 pe (photoelectron) to 240 pe for gamma rays, which indicates the capability of fulfilling the requirements of LAr-based direct dark matter detection experiments in future.     

羊八井水切伦科夫探测器阵列分布式电子学系统原理验证

讨论了羊八井大型高海拔宇宙线探测实验(Large High Altitude Air Observatory,LHAASO)的水切伦科夫探测器阵列(water Cherenkov detector array,WCDA)分布式电子学系统原理。并设计了一个包括两个原型模块的原理验证电子学系统,用于验证相关原理,包括远距离大范围时钟分配方案和回声原理的校准方法。测试结果表明分布式电子学原理满足WCDA实验需求,并将运用到实际工程设计中。     

用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计

介绍一种用于新型塑料闪烁体阵列探测器系统的前端读出电子学（FEE）的设计与实现,该前端读出电子学主要基于电荷测量专用的集成电路（ASIC）芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）研制,可实现对多路探测器信号的采集、处理、筛选、打包,并通过LVDS差分接口上传到后端的数据获取系统（DAQ）。同时,该电路设有板载线性标定电路,可实现对各通道电子学性能刻度,设有电源电流、关键芯片及电路温度实时监控等电路,使电路具有较完善的功能和较强的自我保护能力。     

DAMPE-PSD读出电子学研制

暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer, DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星,用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector, PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一,参与承担高能粒子电荷测量和电子/γ射线鉴别任务。PSD由82根塑料闪烁体条和164个光电倍增管（photomultiplier tube, PMT)组成,有328个输出通道,每根塑料闪烁体条的动态范围为2×103,需配备1套完备的读出电子学系统。该电子学系统由4块前端电子学（front-end electronics, FEE）板构成,共具有360个信号处理通道,总功耗6 W。电路主要包括电荷测量电路、模拟调理电路、模数变换电路、刻度电路、环境监测电路、FPGA电路、电源管理电路以及接口电路等,其主要功能是基于32路模拟信号将PMT的电荷信号输入VA160 ASIC芯片,考虑了抗辐照加固、温度设计等一系列关键问题,以确保在严酷的太空中具有长期的可靠性。测试结果表明,该FEE系统工作稳定、性能良好,具有较好的技术指标,每个电子学通道实现了0～12.5 pC的动态范围,通道的随机噪声水平好于2 fC,积分非线性好于0.6%。FEE能适应恶劣的空间环境,具有很高的可靠性。FEE配合PSD样机还分别于2014年和2015年在欧洲核子中心（CERN）的PS和SPS终端成功完成了2次束流试验,验证了PSD的探测能力完全满足任务书中提出的功能和指标要求,能很好实现实际科学任务需求。