超环面仪器实验装置(ATLAS)是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的七大探测器谱仪之一。它利用大型强子对撞机LHC(Large Hadron Collider)空前的高质心对撞能量等优越实验条件,着力于研究希格斯玻色子、β衰变中的CP破坏线索以及Top夸克属性等未知的物理现象。ATLAS在2012年夏天探测到的希格斯玻色子(125GeV)无疑带给世界一个振奋人心的好消息。为了进一步提高ATLAS研究潜力并满足更广泛的物理需求,ATLAS合作组决定提升探测器的硬件性能,并随之制定了“ATLAS三期逐步升级”方案。其中,“一期升级”要求ATLAS探测器在更高亮度、更严重的堆积噪声环境中仍需保持100kHz触发带宽,这个挑战使探测器的升级以及新触发读出系统的研制都迫在眉睫。本论文以介绍ATLAS液氩量能器一期升级的前端电子学系统设计背景为出发点：首先提出了液氩数字化触发系统的可行性研究方案；然后介绍了液氩数字化触发系统中核心器件的选型以及各器件独立测试模块的设计及评估(电气性能和耐辐照性能)；进而详细说明了1/4液氩数字化触发原型系统的整体设计以及其测试系统的搭建、测试结果的分析；最后简要介绍液氩数字化触发验证系统的设计并展示最新测试结果。论文的组织按章节如下：第一章介绍了粒子物理实验中量能器的重要作用。首先简要介绍了量能器的主要类型、适用领域及新型量能器的研发。然后概括了量能器的电子学特点及发展趋势。最后详细描述了ATLAS液氩量能器的结构以及其电子学系统设计需求。第二章阐述了ATLAS液氩量能器一期升级的总体背景。首先简要介绍了LHC以及ATLAS探测器的结构以及升级的总体规划,然后分析了一期升级的物理需求。本章的最后部分明确了ATLAS液氩量能器一期升级的目的以及与二期升级的兼容性。第三章介绍了ATLAS液氩量能器的当前电子学系统。首先展示了液氩量能器的当前粒度分布及信号特征；然后简要介绍了当前触发读出电子学系统的设计需求、总体结构以及各子模块功能；最后讨论了当前电子学系统的局限性及升级目标。第四章探讨了液氩数字化触发系统LTDB (Liquid Argon Trigger Digitizer Board)设计方案的可行性。首先简介了LTDB升级背景并提出LTDB的设计要求：每块LTDB不仅需要对320通道细粒度“超级信息胞”(‘’Super Cell",SC）信号进行40MHz的数字化采样并进行数据封装后通过光纤传输到后端电子学系统,而且需要重新将“层累加模块”输出的累加信号进行层与层之间的二次累加并将结果返回给“触发塔形成模块”,以保证当前的触发电子学系统仍可以正常工作。然后从以下方面讨论了LTDB的研制重点：主要包括机械设计、散热系统设计、供电电源设计、模拟电路和数字电路如何分离以及核心元器件的选择和评估,同时本章还给出为LTDB制定的分阶研制计划。第五章描述了1/4液氩数字化触发原型系统的整体设计。该系统包括：1/4数字化触发母板(处理80通道的“SC”信号)、模拟信号调理子模块、光纤子卡系列以及模拟信号注入模块。同时,本章还重点描述了以上各子模块的原理性设计以及版图规划。最后本章详细阐述了1/4液氩数字化触发原型系统的测试,包括测试系统的搭建、测试类型以及测试结果。第六章介绍了液氩数字化触发验证系统。该系统主要包括：全尺寸数字化触发母板(处理320通道的“SC”信号)、模拟信号调理子模块(v2.0)、PPOD子卡系列(v2.0)、QSFP子卡以及LTDB机械验证模块。本章简要说明了液氩数字化触发验证系统的整体设计并展示了液氩数字化触发验证系统的最新测试结果。第七章总结全文,并展望未来工作。