气体探测器是现代粒子物理实验中不可或缺的测量装置。近年来，随着技术工艺的进步以及物理实验需求的提升，微结构气体探测器(Micro Pattern Gas Detector，MPGD)得到了广泛的研究与应用，其中典型的代表是微网结构气体探测器(MICRO-Mesh-GASeous-structure，Micromegas)和电子倍增器(Gas Electron Multiplier，GEM)。因为空间和时间分辨率好、计数率高、稳定性好、价格便宜以及灵敏面积大等优点，微结构气体探测器在很多领域都得到了广泛的应用，如高能物理实验、核医学成像、安全检测等。
　　不同的应用场合和应用需求对微结构气体探测器提出了多样化的要求，如不同的面积、时间和空间精度、通道数规模、计数率、价格、功耗等。基于这些多样化的需求，国内外多家单位研发了多种适合微结构气体探测器读出需求的ASIC芯片，如AGET、MICROROC、GASTONE等。因此需要合适的电子学平台搭载不同的ASIC芯片以满足探测器读出需求。
　　现代运行中以及规划中的大型粒子物理实验具有实验装置规模不同、探测器前端复杂、空间尺寸紧凑、读出通道数庞大以及数据带宽大等特点。传统的电子学架构，如VME、PXI等，已经不能满足物理实验进一步发展的需求。针对这一现状，面向ATLAS升级的具体应用需求，CERN研制了FELIX(FrontEnd LInk eXchange)系统。该系统具有集成度高、数据带宽大、通道数多、可扩展性高、工作方式灵活、适应不同前端ASIC芯片等特点，而这也满足微结构气体探测器的对读出电子学系统的需求。
　　本论文在充分调研国内外大型物理实验读出电子学系统架构发展的基础上，结合国内微结构气体探测器对读出电子学系统的需求现状以及未来在大型物理实验中的实际应用，提出并设计了基于FELIX的通用可扩展微结构气体探测器读出电子学测试平台。该通用电子学测试平台具有数据带宽大、通道数多、兼容性高、可扩展性好、稳定性高、工作方式灵活、价格合适等特点，是核探测与核电子学国家重点实验室及面向国内兄弟单位开放的微结构气体探测器研究电子学解决方案，并探索国内不同领域、不同需求、研究应用不同阶段的微结构气体探测器乃至其他高颗粒度探测器的通用读出方案设计。
　　该系统核心设计思想是使用工业界通用接口协议以及商用器件搭建从软件到前端电子学模块之间的通用虚拟通道Elink，使得读出电子学系统成为计算机架构的一部分，通过改变软件就能方便的完成对电子学系统的控制、ASIC配置、状态监测、数据读出等。因为这一设计理念，该读出电子学系统工作方式灵活，扩展性高，对不同的前端ASIC兼容性好，能适应微结构气体探测器在不同领域、不同装置、不同工作模式的应用。该系统大量采用工业界成熟的技术与产品，器件来源广泛，稳定性好，能随着工业界电子学技术的进步而进一步升级与发展，满足大型粒子物理实验读出电子学系统在长期运行中的实际需求。
　　该系统采用模块化设计，由前端电子学模块、GBT模块、FELIX系统以及后端数据处理系统DAQ组成。其中前端电子学模块功能为完成探测器模拟信号数字化，其通常搭载不同的ASIC芯片，靠近或安装在探测器上，满足数字化前移的需求。GBT模块主要作为多个前端电子学模块与FELIX卡之间的透明数据通道，利用分时复用搭建多路虚拟通道，满足多通道数的需求。FELIX系统由商用服务器FELIX server和一块PCIE扩展卡FELIX卡构成，采用PCIE接口、高速光纤传输和商用高速交换机等技术，是前端电子学与后端数据处理系统之间的数据节点。
　　本论文实现了搭载AGET和MICROROC两种不同芯片的微结构气体探测器通用读出电子学系统，可以完成10240路MICROROC通道读出或4096路AGET通道读出，验证了该架构的可扩展性和对不同前端ASIC的支持。本论文利用该读出电子学系统配合中国科学技术大学研制的Micromegas探测器完成了一套宇宙线径迹探测装置的搭建，并且完成了电子学测试和宇宙线径迹重建工作。
　　本论文所设计的通用读出电子学系统，可以很方便的扩展到更大通道数，每个部分能方便的实现升级，进一步提高系统性能，实现更广泛和更大规模的应用。此外，该架构通用性好，不仅适合微结构气体探测器的信号读出，还可以进一步推广到其他高颗粒度探测器读出系统的应用中，如半导体探测器、硅像素探测器等。