【摘 要】
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北京正负电子对撞机Ⅱ（BEPCⅡ）是用于研究τ-粲物理的大型对撞机,为我国高能物理实验的发展作出了不可磨灭的贡献。北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）是与BEPCⅡ相匹配的高精度通用探测器系统,主漂移室（MDC）是BESⅢ的粒子径迹探测器。由于长期处于高本底环境下,MDC的内径迹室出现了老化问题,性能急剧地下降。为了避免内径迹室失效的风险,一项基于单片有源像素探测器（MAPS）的漂移室内室升级预研方案被提出。该
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北京正负电子对撞机Ⅱ（BEPCⅡ）是用于研究τ-粲物理的大型对撞机,为我国高能物理实验的发展作出了不可磨灭的贡献。北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）是与BEPCⅡ相匹配的高精度通用探测器系统,主漂移室（MDC）是BESⅢ的粒子径迹探测器。由于长期处于高本底环境下,MDC的内径迹室出现了老化问题,性能急剧地下降。为了避免内径迹室失效的风险,一项基于单片有源像素探测器（MAPS）的漂移室内室升级预研方案被提出。该方案计划利用MIMOSA28芯片建造1/10内室规模的硅像素探测器模型。与探测器系统相匹配的电子学的研究是整个探测器研究过程中十分重要的部分,其中用于探测模块数据读出控制的FPGA固件的研究是必不可少的。目前探测模块和与之相匹配的数据读出系统的硬件部分已经初步研制完成,还需要在现有硬件的基础上对MAPS探测器系统的读出控制进行研究,实现探测模块数据的连续读出和各个模块之间事例的对齐,并提高数据效率。本文根据MIMOSA28芯片的数据特点,对基于MIMOSA28芯片的探测器系统的读出控制进行了研究,包括读出固件功能模块的构建与实现、读出固件的仿真和实验验证等三个部分。首先了编写了FPGA数据读出固件,该固件包含了FPGA对MIMOSA28芯片的配置和工作状态的控制、带有触发标记的连续数据读出与处理、高速数据传输等主要功能模块。其次编写了测试文件,在ISim软件上进行了部分功能模块仿真测试和多模块整体测试,仿真结果表明功能模块工作正常,FPGA固件程序能够正确处理连续读出的数据并输出,且输出的数据格式符合预期。最后搭建了实验室测试系统对FPGA固件进行进一步的测试验证,其包含五层探测模块、读出电子学、数据获取系统、信号发生器和电源模组等。实验室测试发现并解决了多层探测模块一起取数时工作时钟不同步的问题。通过对测试结果的分析,验证了带有触发标记的连续读出方法的正确性,得出了取有效触发号前一帧、当前帧以及后一帧,共计3帧的数据用于数据分析便不会造成数据丢失的结论。通过实验室测试系统,对探测模块的放射源响应和成像性能进行了研究测试,测试结果表明新的FPGA固件功能和性能符合预期的目标,同时验证了挑选3帧数据用于数据分析的方法是正确的。
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