BES III触发系统与TOF读出电子学系统控制信号的远距离传输

介绍了BES Ⅲ改造工程中主触发系统与飞行时间计数器电子学系统之间的控制命令以及状态信号的远距离同步传输问题的解决方案。该电路基于高速光纤传输,采用现场可编程门阵列芯片和专用芯片,具备自动纠错和从错误中自动恢复的能力,设计可靠、灵活,通过测试证明符合北京谱仪的需求。     

大动态范围闪烁晶体荧光模拟器的设计

针对暗物质粒子探测卫星(DMPES)锗酸铋(BGO)量能器探测单元的标定需要,设计了一种用发光二极管(LED)作为光源的闪烁晶体荧光模拟器。首先,利用光电倍增管(PMT)测量BGO晶体在宇宙线辐射下的荧光脉冲,对脉冲波形建模拟合,并将波形存储到可编程信号发生器中。然后,选择一种峰值波长与BGO晶体的荧光发射波长相近,且其光通量与工作电流的线性度较好的LED,设计LED驱动电路,令LED的工作电流与模拟器输入的模拟电压信号幅度成正比。最后,利用信号发生器输出模拟的BGO晶体荧光脉冲波形至驱动电路,使LED发光,并利用积分球将LED的荧光通过光纤均匀地输出到多个PMT。实验结果表明:模拟器光脉冲测试结果与对BGO晶体实际测试的结果相似,光强覆盖PMT的2,5,8个打拿极(Dynode)输出,动态范围达4.11×103倍,满足暗物质粒子探测卫星BGO量能器地面检测系统的需求。该荧光模拟器也可用于同类闪烁晶体探测器系统的检测和标定。     

BES-Ⅲ TOF子触发系统中高速数据传输的实现

升级中的北京正负电子对撞机谱仪的飞行时间计数器触发子系统,需进行大量高速数据的吞吐:在41.7MHz的同步时钟控制下从前端读出电子学接收368路快时间击中信号,并向主触发逻辑实时发送4位击中数信息、3位背对背信息,向径迹配对逻辑实时发送136位位置信息,且每16个事例须向DAQ系统提供所有有效事例的数据包.以供离线分析.在该系统的研制中,我们分别或同时利用并串,串并转换、光纤、LVDS、VME总线等不同层面的技术手段实现了不同对象的触发判选信息的传递,本文对此进行了详细介绍.     

用Mathematica辅助设计循环冗余码校验电路

从研究循环冗余码校验的基本数学关系入手，探索设计了无标准算法的循环冗余码校验电路的方法。其中和用符号运算软件Mathematica辅助进行多项式除法计算。该方法可通用于诸如头校验等电路的设计中。     

A 16-Channel high-resolution time and charge measurement module for the external target experiment in the CSR of HIRFL

High precision time measurement is required in the readout of the neutron wall and TOF walls in the ex- ternal target experiment of the Cooling Storage Ring （CSR） project in the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou （HIRFL）. Considering the time walk correction, both time and charge are measured in the readout electronics. In this 16-channel measurement module, time and charge information are digitized by TDCs at the same time based on the Time-Over-Threshold （TOT） method; meanwhile, by employing high-density ASIC chips, the electronics complexity is effectively reduced. Test results indicate that this module achieves a time resolution better than 25 ps and a charge resolution better than 5% over the input amplitude range from 50 mV to 3V.     

基于嵌入式系统的LHAASO WCDA中TCP/IP数据传输接口设计

针对大型高海拔空气簇射观测站水切伦科夫探测器阵列,开展了前端电子学数据传输接口设计。基于实验数据率大、数据可靠性要求高的特点,进行了千兆以太网下的TCP/IP数据传输模块的设计。本文主要介绍了基于FPGA嵌入式系统的TCP/IP数据传输技术在LHAASO WCDA中的应用研究。实验结果表明:此数据传输模块数据率可达237 Mbps,满足应用要求。同时,还对此模块进行了24小时的传输测试,数据传输率保持稳定。     

数字BPM系统中模拟调理电路的研究

全数字化束流位置测量系统(Digital Beam Position Monitor,DBPM)将应用于上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF),其中模拟调理电路是DBPM系统重要组成部分。BPM探头输出的4路高频窄脉冲信号(重复频率499.654 MHz,脉宽200 ps)通过模拟调理电路进行滤波及自动增益调整,然后送至ADC进行模数变换,在系统中的数字处理模块进行处理后最终得到束流X、Y方向位置信息。系统电子学测试表明:此DBPM系统在输入信号动态范围为-40～10 dBm情况下,X、Y方向位置分辨率好于10μm,满足逐圈(694 kHz数据更新率)位置分辨要求。     

面向行星表面元素测量的小型化伽马谱仪原理样机设计

对行星表面物质受宇宙射线激发或天然衰变而产生的伽马射线进行探测,是一种测量行星表面主要元素成分及其空间分布的可靠技术手段,已被多个行星探测任务采用。提出了将CZT探测器与SiPM读出闪烁晶体相结合的行星元素伽马谱仪方案,该方案兼具低能段的高能量分辨率和高能段的高探测效率,同时可以减小来自非探测方向伽马背景的影响,且具有较小的体积、重量和功耗。为进行初步的技术路线验证,设计了一个将CZT阵列(单个灵敏尺寸1 cm×1 cm×0.5 cm)与BGO探测器(晶体的主体尺寸8.4 cm×8.4 cm×4 cm)相结合的小型化伽马谱仪原理样机,并开展了物理模拟。完成了前端探测器模块、数据处理模块和FPGA控制逻辑的设计实现,以及原理样机的组装。使用放射源、上海光源激光伽马光束线和中子激发伽马对谱仪进行了测试,CZT探测器对¹³⁷Cs@662 keV伽马射线的能量分辨率(FWHM)为2.1%,可以较好地分辨低能伽马射线,BGO晶体能够较好地探测和分辨高能伽马射线。该方案为未来小型化行星伽马谱仪的工程设计提供了参考。     

BESⅢ飞行时间电子学在线刻度电路

本文介绍了BESⅢ(北京正负电子对掩机第三代谱仪)飞行时间(TOF)读出电子学在线刻度电路.该电路被集成在读出电子学插件上,用VME总线接口在线控制高精度DAC和高速模拟开关,产生幅度(电荷)可程控的指数衰减脉冲,对电子学通道进行时间测量检测和电荷测量的非线性校准,有大于20倍的电荷动态范围和好于10 bit的精度,能有效实现电荷非线性的校准功能.经测试,刻度修正后TOF电子学电荷测量的积分非线性小于0.69%,远好于修正前2%的性能指标,满足设计要求,目前该刻度电路已成功应用于BESⅢ工程.     

BESIII飞行时间电子学中的电荷测量

第三代北京谱仪飞行时间探测器读出电子学中的电荷测量电路采用非门控的电荷-时间转换,对经前放放大并差分输出的448路飞行时间探测器信号在180-5000mV动态范围内进行电荷测量,误差<10mV,用于消除时间游动效应,保证读时间测量误差好于25ps。该电路具有简单、工作稳定的特点,适用大规模物理实验的多通道系统。