【摘要】：TPC探測(cè)器作為高分辨率的粒子徑跡探測(cè)器,在高能物理和天文物理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,而開發(fā)出合適的讀出系統(tǒng)是這些應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵一步。針對(duì)GEM讀出的TPC探測(cè)器,清華大學(xué)核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出了前端讀出專用ASIC芯片CASCA,該芯片集成了前放成形、基線恢復(fù)器和開關(guān)電容陣列等電路,提供了 32路電子學(xué)通道�；贑ASCA芯片,本論文提出了一種模塊化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)的TPC探測(cè)器讀出系統(tǒng)方案,并研制讀出系統(tǒng)硬件電路,設(shè)計(jì)FPGA固件程序,開發(fā)上位機(jī)GUI監(jiān)控軟件。讀出系統(tǒng)硬件電路分為三大模塊:前端調(diào)理板、適配板和FMC主控板。在充分研究CASCA芯片電子學(xué)原理基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了與之相匹配的采樣讀出邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng),選用了 8通道輸出的高性能時(shí)鐘芯片、低功耗低成本FPGA芯片和1OMsps采樣率、12bits精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。并針對(duì)今后更高的數(shù)據(jù)吞吐需求,提出采用SRIO協(xié)議實(shí)現(xiàn)板間高速傳輸?shù)姆桨�。針�?duì)讀出系統(tǒng)中觸發(fā)模式選擇、時(shí)鐘輸出和軟觸發(fā)等控制需求,設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的指令控制方案,實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)指令對(duì)讀出系統(tǒng)電子學(xué)的控制。同時(shí),開發(fā)了與之匹配的上位機(jī)GUI監(jiān)控軟件,實(shí)現(xiàn)了采樣數(shù)據(jù)的波形顯示和對(duì)讀出系統(tǒng)電子學(xué)的友好控制。讀出系統(tǒng)方案基于多對(duì)一連接的設(shè)計(jì)思想,多個(gè)適配板使用HDMI線纜與主控板連接。對(duì)于同類型前端讀出芯片,修改前端調(diào)理板即可達(dá)到兼容目的,對(duì)于更多電子學(xué)通道的TPC探測(cè)器,調(diào)整主控板的數(shù)量即可滿足需求。經(jīng)測(cè)試,讀出系統(tǒng)穩(wěn)定工作,板間SRIO協(xié)議傳輸實(shí)測(cè)速度高達(dá)2.014Gbps,單通道采樣的積分非線性INL 小于 0.55%。
【圖文】：

則作為ＦＥＣ的即插即用卡。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，多個(gè)ＳＲＳ前端ＡＳＩＣ卡通過(guò)ＨＤＭＩ連逡逑接線與適配卡連接，適配卡則采用成熟的ＰＣＩＥ接口插入ＦＥＣ卡，并一起安裝在標(biāo)逡逑準(zhǔn)機(jī)箱中。ＳＲＳ設(shè)計(jì)框架圖和ＳＲＳ的ＤＡＱ前端讀出單元實(shí)物圖如下圖１．１和圖１．２逡逑所示：逡逑邐ｎ邋ＪＪ＜－？？？－＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊￣￣｜￣Ｔ＂＂＊＊＂＊＊＊＊＊＊＊￣＇￣￣Ｅｕｒｏｃｒａｉｅ逡逑ＱＱＱＱｙ逡逑ＭｉＷＭｉＷ逡逑ＳｔｆｉＵａＥＳＳ邋ｍｘｔｍＷＭｍ逡逑ｌＥＢＩＢＢ逡逑ＩｌＤＥＴＥＣＴＯＲ邋１］邋Ｉ邋ｌ｜邐ＤＥＴＥＣＴＯＲ邋２邐丨逡逑圖１．１邋ＳＲＳ讀出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖逡逑２逡逑

則作為ＦＥＣ的即插即用卡。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，多個(gè)ＳＲＳ前端ＡＳＩＣ卡通過(guò)ＨＤＭＩ連逡逑接線與適配卡連接，適配卡則采用成熟的ＰＣＩＥ接口插入ＦＥＣ卡，并一起安裝在標(biāo)逡逑準(zhǔn)機(jī)箱中。ＳＲＳ設(shè)計(jì)框架圖和ＳＲＳ的ＤＡＱ前端讀出單元實(shí)物圖如下圖１．１和圖１．２逡逑所示：逡逑邐ｎ邋ＪＪ＜－？？？－＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊￣￣｜￣Ｔ＂＂＊＊＂＊＊＊＊＊＊＊￣＇￣￣Ｅｕｒｏｃｒａｉｅ逡逑ＱＱＱＱｙ逡逑ＭｉＷＭｉＷ逡逑ＳｔｆｉＵａＥＳＳ邋ｍｘｔｍＷＭｍ逡逑ｌＥＢＩＢＢ逡逑ＩｌＤＥＴＥＣＴＯＲ邋１］邋Ｉ邋ｌ｜邐ＤＥＴＥＣＴＯＲ邋２邐丨逡逑圖１．１邋ＳＲＳ讀出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O572.212

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本文編號(hào)：2630822