电磁量能器读出电子学

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1、北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计4.10.2电磁量能器读出电子学4.10.2.1概述电磁量能器读出电子学的主要功能是测量电荷量，从而确定粒子在CsI晶体中的能量损失，同时给出粗略的粒子击中晶体的时间信息。读出电子学采用传统的电荷测量方法。首先对电荷信号进行积分，积分后的信号经过放大、CR-(RC)2成形后，信号波形的峰值电压与电荷量成正比。通过对峰值电压的测量得到待测的电荷量，根据峰位出现的时刻，可以得到粒子击中晶体的时间。电磁量能器读出电子学的工作条件是：加速器的对撞周期为8ns，一级触

2、发判选的延迟时间为6.4μs。为了实现在一级触发判选完成前不丢失好事例，电磁量能器电子学采用数字流水线的工作方式。系统控制、数据读出等部分采用VME总线标准。电磁量能器电子学读出系统的设计除了保证按要求精度完成电荷量测量外，还考虑了探测器性能测试及触发等部分的工作需要，尽可能为其提供方便。本系统设计了三种工作模式，根据VME主设备的指令可以方便的切换：对撞工作模式，校准工作模式和增益调节工作模式。1)对撞工作模式这是在对撞机对撞时谱仪系统取数的工作模式，20MHz时钟、L1均由触发系统提供且与对

3、撞的周期同步。2)校准工作模式检测系统各个通道的好坏及非线性采用这种工作模式。这时由测试控制器提供20MHz时钟、L1信号，并提供一系列线性良好的电荷量，对各个通道的线性进行测试，而非线性修正在VME的主设备中进行。3)增益调节工作模式为了减少电磁量能器与触发之间的电缆，简化谱仪系统，拟将8路信号的模拟“和”送给触发。为了保证各个通道增益的一致性，须要在模拟相加前对各个通道增益进行调整。在增益调节工作模式时，测试控制器根据VME主设备的指令产生调节增益所须的串行时钟及串行数据，主放大器中的串行解

4、码电路自动完成解码和增益值的调整。4.10.2.2工作原理及电子学读出系统的结构1.系统工作条件及指标根据谱仪系统整体需要及物理测量目标的要求，电磁量能器读出电子学系统参数总结如下所示：北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计系统时钟20MHz触发判选L1延迟6.4μs单通道事例率不大于1KHz电荷测量范围0.5fc～1500fc输入端等效噪声电荷(σQ)0.16fc(200keV)通道数6272积分非线性1％（修正前）通道之间串扰0.3％电子学数字化动态范围15bit给触发信息8路模拟和通道增益

5、可在线调整增益不一致性不大于20％2.系统框图图4.10-12为电磁量能器读出电子学框图。主要分为四部分，即：前置放大器（Preamplifier）、主放大器（Postamplifier）、电荷测量系统（Qmodule）及测试控制系统（TESTcontrol）。在晶体上在探测器旁边÷2电荷量时间量提取×1GlobalBufferLocalBuffer10bitADC主放大器×16VMECLK前放AnalogSumL1ResetL1SCLK，DINTest,DACBufferfullTESTCon

6、trolL1CLKTriggerFanoutBafferfullL1Reset图4.10-12电磁量能器读出电子学框图(1)前置放大器北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计电磁量能器总计使用6272块CsI晶体，每块晶体上安装两个型号为S2744－08的光二极管。两个电荷灵敏前置放大器安装在光二极管的背后，通过一个屏蔽铝盒固定在晶体上。前放的低压及光二极管的偏压均由主放大器提供。前放与主放通过一根14芯屏蔽双纽线相连接。(2)主放大器主放大器除了提供适当的增益外，还对前放信号进行准高斯成形，以降

7、低噪声。主放大器的输出信号通过一根34芯双纽电缆送到电荷测量插件。主放大器给触发的是快成形信号，通过VME主设备可以调节每个通道的增益。8个通道“快信号”模拟相加后，以差分形式送给触发。(3)电荷测量及测试控制系统数字化由10bit、20MHz的FADC来完成。为了实现15bit的数字化动态范围，采用了分量程的数字化方法：被测的电压信号被同时送到A、B、C三个放大器，这三个放大器的增益比为：KA∶KB∶KC＝1∶8∶32。A、B、C三路同时被数字化，取其中之一为待测的电荷值，选取顺序为QC、QB

8、、QA。当QC不饱和时，（FADC值小于FF），选QC为测量值。当QC饱和时（FADC值为FF），选QB为测量值，当QC、QB饱和时，选QA为测量值，数字化、寻峰及选择峰值等均由硬件完成，不会增加额外的死时间。Q插件为9UVME插件。每个插件为32个通道，除具有数字化功能外，还具有数据处理及传送的功能。VME主设备通过TESTControl可以选择三种不同的工作模式。系统工作所须的时钟及控制信号由TESTControl提供（或通过TESTControl提供）。TESTControl为VME插件，