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。     

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。     

A digitalizing board for the prototype array of LHAASO WCDA

In this paper,a digitalizing board for readout of PMT signals in the prototype array of WCDA(water Cerenkov detector array)for LHAASO(Large high altitude air shower observatory)is designed.The prototype array is composed of 9 PMTs,including the pulse time and charge measurement from the PMTs,and clock generation and trigger decision.In the digitalizing board,FPGA reconfiguration and data readout via VME bus are implemented.Test results show that the performances meet well with the requirements of readout electronics.It has been installed in Yangbajing and tests with the prototype array and DAQ is ongoing.     

γ-γ符合测量系统的新型前端读出电路研制

研制了一种新型前端读出电路，用于重离子治癌装置中符合测量原型系统的研究和测试。电路主要包括能量链、时间链和数据处理单元。能量链由截止频率7 MHz的抗混叠滤波器和模数转换器(ADC)组成，形成波形采样电路；时间链由高速比较器构成的定时甄别电路和时间数字转换器（TDC）组成；数据处理单元基于现场可编程门阵列(FPGA)设计实现。电路的线性度优于0.8%，噪声小于0.8 mV（RMS）。配合LaBr3单晶体条测试，能量分辨为4.5%（FWHM），在与LYSO晶体阵列配合测试时，位置映射散点图清晰。该前端读出电路性能优于CAMAC系统，具有较好的实际应用前景。     

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。     

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。     

Development of Bunch-by-bunch Beam Position Measurement Electronics for High Energy Photon Source

A bunch-by-bunch beam position measurement (BPM) electronics for High Energy Photon Source (HEPS) storage ring was designed. The hardware of electronics consists of analog signal acquisition board and digital signal processing board. The software consists of underlying firmware and application software. The sampling frequency is 500 MHz, and the bandwidth is 1 GHz. The electronics digitizes four analog signals from BPM probe of storage ring, and obtains the amplitude of beam signal. ZYNQ chip was used to process the beam data and calculate the position of each bunch. Electronics test results in the laboratory is that the nonlinearity of ADC channels is less than 1% when the peak-to-peak value of input signal is less than 1.8 V, and spurious-free dynamic range is about 60 dB. When the sensitivity coefficient is 8.26 mm, the beam position resolution is less than 10 μm. The test results meet the needs of HEPS.     

高能同步辐射光源逐束团束流位置测量电子学研制

基于高能同步辐射光源（HEPS）储存环，研制了一套逐束团束流位置测量（BPM）电子学系统，电子学的硬件部分由模拟信号采集板卡和数字信号处理板卡组成，软件部分由底层固件和顶层应用软件组成。系统的采样频率为500 MHz，带宽为1 GHz，对来自储存环BPM探头的4路模拟信号进行数字化，得到束团幅度数据，利用ZYNQ芯片计算出每个束团在真空管道中的位置。逐束团BPM电子学在实验室的测试结果为：输入信号峰峰值小于1.8 V时ADC通道非线性度小于1%，无杂散动态范围约60 dB，灵敏度系数取8.26 mm时位置分辨率优于10 μm，测试结果满足HEPS逐束团BPM的需求。     

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

Readout electronics for CSR-ETF silicon strip array detector system

A readout electronics has been developed for the silicon strip array detector system of HIRFL-CSR-ETF.It consists of 48 front end electronics(FEE)boards,12 PXI-DAQ boards and one trigger board.It can implement energy and time measurements of 4608 channels.Each FEE board is based on 6 ASICs(ATHED),which implements energy and time measurements of 96 channels.The PXI-DAQ board meets requirements of high-speed counting and amount of readout channels and can process signals of 4 FEEs.The trigger board is developed to select the valid events.The energy linearity of the readout electronics is better than 0.3%in the dynamic range of 0.1-0.7V.In the test with a standard triple alpha source,the energy resolution was 1.8%at 5.48 MeV.This readout electronics enables the silicon strip array system to identify particles of A14.     

乳腺专用PET连续采样电子学系统设计与性能测试

对乳腺专用PET进行了简单介绍,详细叙述了系统中连续采样电子学系统的设计和性能测试。该电子学采用子母板设计结构,包含了模数转换、时间数字转换和CAN控制等多个模块,具备对前端探测器模拟信号进行连续采样、处理和传输功能。实验表明,该系统能完全满足乳腺专用PET对连续采样的需求。该系统还有集成度高、通用性强、配置灵活等优点。     

基于VME总线的高精度信号发生器的设计

北京谱仪(BESⅢ)的飞行时间读出电子学(TOF)对于时间信号的测量具有非常高的要求,需要对TOF时间测量电路进行严格的测试。本文介绍了用于该测试的高精度信号发生器的实现方案,该电路能够产生抖动(Jitter)小于23．623ps的脉冲信号和抖动小于12．265ps的40．000MHz时钟信号。同时,对设计中使用的关键性技术一高速高精度时钟电路和脉冲产生电路的设计进行了分析。     

Readout electronics for a high-resolution soft X-ray spectrometer based on silicon drift detector

The readout electronics for a prototype soft X-ray spectrometer based on silicon drift detector (SDD),for precisely measuring the energy and arrival time of X-ray photons is presented in this paper.The system mainly consists of two parts,i.e.,an analog electronics section (including a pre-amplifier,a signal shaper and filter,a constant fraction timing circuit,and a peak hold circuit) and a digital electronics section (including an ADC and a TDC).Test results with X-ray sources show that an energy dynamic range of 1-10 keV with an integral nonlinearity of less than 0.1％ can be achieved,and the energy resolution is better than 160 eV@5.9 keV FWHM.Using a waveform generator,test results also indicate that time resolution of the electronics system is about 3.7 ns,which is much less than the transit time spread of SDD (＜100 ns) and satisfies the requirements of future applications.     

基于APV25多通道读出电子学系统设计

介绍了基于APV25芯片的多通道读出电子学系统的设计方法,利用ASIC芯片与可扩展读出系统相结合,实现多通道信号的处理。在该系统中,基于PXI机箱的单个读出板可实现2 048路信号的读出及处理,并具有集成度高、低功耗、可扩展等优点。电子学测试结果表明,本系统电荷输入线性动态范围为0~12 fC,APV25等效输入噪声408 e,可适应大型物理实验微结构气体探测器、硅像素探测器等探测器的读出需求。     

基于USB和FPGA的多功能数据采集系统

设计并实现了一种基于USB接口的多功能数据采集系统。该系统支持4路模拟信号输入,通过高速ADC进行采样,数字化后的数据由FPGA进行处理,可实现波形采样、脉冲计数、多道脉冲幅度分析、电荷分配法信号读出等功能。下位机硬件和PC通过USB接口通信,上位机软件采用Labview编写,负责初始化硬件以及参数配置,读取采集数据并进行数据在线处理以及结果的实时显示。     

中国散裂中子源3He管电子学读出系统研制

介绍了中国散裂中子源(CSNS)高通量粉末衍射仪中3He管电子学读出系统的设计,重点介绍了其中电荷测量插件(MQ插件)的设计,包括了电路结构、FPGA逻辑及其算法的实现.最后给出了与探测器联调的测试结果.     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战，如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块（FDM）、数据获取模块（DAQ）和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@ 1 GS/s ADC，具有较高集成度，可实现对探测器信号波形数字化，并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据，实现全数字化的触发算法，并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信，保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计，并对整个电子学系统进行了功能验证，以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性，并能实现更复杂的触发算法，能满足下一代升级的需求。     

基于FPGA+DSP的核信号数字时间谱仪设计

针对核电子学中核脉冲信号的高速实时数字化处理,设计了基于FPGA+DSP的两通道核信号数字时间谱仪。该实验平台基于数字恒比定时(dCFD)原理,采用高速运放和ADC进行模拟信号成型采样,数字信号送入FPGA完成波形判选、数据缓冲、FIR滤波和基线恢复,利用DSP实时信号重构和函数定时,通过USB2.0接口与上位机通信。该系统的主要特点是具有模数电路的高度集成、数字信号的实时运算,接近模拟定时的精度。     

ASD/BLR及其测试平台的设计

ASD/BLR是稻草管探测器读出系统的核心电路,具有很强的功能,详细了解该电路的工作原理,是用好ASD/BLR的基础,对于采用稻草管探测器的读出系统是非常有意义的.给出了ASD/BLR的测试方法及其测试电路的原理.     

高分辨小型伽玛相机位置读出电路研究

本文介绍一种新型的位置读出方法,用于开发高分辨的小型伽玛相机.该伽玛相机采用小单元的CsI(Na)晶体阵列与位置灵敏光电倍增管(PSPMT)结合的探测器.其位置读出电路的设计把常规的阻抗电荷分配法与多路单通道直接读出法的优点结合在一起,由硬件实现局域重心法(Truncated center of gravity)计算读出的位置,取得很好的效果.该伽玛相机的内在分辨率接近1 mm,视野(FOV)达探测器的灵敏范围.这种新型的位置读出方法也可用于更高集成度的多阳极的位置灵敏光电倍增管的位置读出.