4104Muon子鉴别器读出电子学-BESCollaboration.DOC

BESIII μ子鉴别器读出电子学系统 μ子鉴别器由阻性板探测器(RPC)组成，阻性板探测器上布有感应条，感应条上的感应信号代表了粒子击中的位置信息。整个μ子鉴别器共有9088（桶部：4992；端盖部：4096）个电子学通道。μ子鉴别器读出电子学系统的任务是把上述位置信号转换成数据，在触发信号到来时，将好事例的数据加头文件，并存入事例缓冲器，等待DAQ的处理。 μ子鉴别器读出电子学系统由5个VME的读出插件组成；每个VME的读出插件有16个数据读出链；每个链负责收集个阻性板探测器的感应条的数据。这样，μ子鉴别器读出电子学系统可并行扫描10,240个数据，满足阻性板探测器9088个电子学通道数据获取的要求。 μ子鉴别器读出电子学系统还包括测试子系统。在读出电子学系统停止取数时，测试子系统负责对其进行测试。 1. 探测器输出信号 BESIII的μ子鉴别器的阻性板探测器感应条信号如图4.10-所示。 阻性板探测器的输出信号特性如下： 信号幅度典型值(50?)700 mV 信号最小幅度(50?)100 mV 信号最大幅度(50?) 信号时间 ns 图4.10-40 阻性板探测器典型输出信号 2. 期望的事例击中率 阻性板探测器的事例率约和海平面宇宙线相当，为400 Hz/m2；在该事例率的条件下，在1μs 的窗口下，偶然事例的击中率约为每事例20道。击中率和宇宙线、阻性板探测器的噪声以及本底有关。物理事例率也相当低，每次事例也仅有几十道被击中[1]。μ子鉴别器的阻性板探测器是低噪声和低事例占有率的探测器。事例击中率为0.10～0.25 Hz/cm2。3. 死时间 前端电子学读出板使用流水线技术，无死时间。 4. 甄别阈值要求 所有电子学通道的阈值相同，统一可调，软件控制。阈值调整精度为1％。 5. 触发特性 触发延迟时间：6.4μs 触发脉冲最大晃动：0.2μs 平均触发率：4kHz 6.所有电子学通道的测试信号相同，测试脉冲幅度的精度为1％。 根据以上设计条件，同时根据阻性板探测器通道数大的特点，μ子鉴别器读出电子学系统必须在权衡合理造价的条件下，寻求最佳的性能价格比的设计方案。 μ子鉴别器读出电子学系统结构 从系统功能来说，μ子鉴别器电子学系统可分为数据读出、甄别阈控制和系统测试等三个部分。而就它的物理结构而言，μ子鉴别器电子学系统由放置在探测器附近的个9U的VME机箱组成。阻性板探测器读出电子学系统的整体结构框图请参见图4.10-。 一个前端板可以并行地读入16个感应条上的数据，并将该数据存入可串行输出的移位寄存器中。16个前端板用菊花链的形式组成一个数据链，用LVDS信号串行地把256个感应条的位置信息传送到I/O插件后送入VME读出插件中。数据链的数据经分别压缩后，在数据链缓冲器中暂存；将所有数据链的压缩数据存入VME读出插件的子事例缓冲器中，等待DAQ的处理。（每个数据链包括256道数据，系统共36－40个数据链，表示了4096＋4992个感应条的位置信息；40个数据链最多可表示10240个感应条的位置信息，组成了一个μ子事例的数据，可以满足BESIII RPC 9088个通道的要求。） 当测试命令传送到VME的测试信号发生器（在系统控制插件中）时，测试信号发生器将其转换为串行的DAC控制时序并通过I/O插件送到FEC中，对FEC中控制TEST信号的DAC进行设置，产生与测试命令相对应的测试模拟信号。测试信号被加载到每个通道的比较器的输入端，测试通道电路的好坏。 JTAG控制插件负责从VME BUS接收FEC的FPGA配置命令，并转换为JTAG控制时序，驱动后送到FEC；FEC采用串行配置方式，每个JTAG控制接口负责4个FEC的JTAG配置，总共需要40×4个JTAG控制接口（14个插件）。 图4.10- 数据读出部分的电路 1. 前端读出板电路（FEC） 前端读出板电路的任务是并行读出阻性板探测器感应条上的信号，并保存6.4μS的时间，等待触发信号的出现。在6.4μS时，如果有触发信号出现，则表示该保存的信号是好事例数据，该数据将传送到的VME读出插件中去；如果没有触发信号到来，则清除该保存的信号，再次等待阻性板探测器感应条的信号。当感应条信号又一次到来时，则再次保存该信号，等待触发信号的出现。 前端板电路安装在探测器的内部。前端读出板电路的原理框图请参见图4.10-。 RPC探测器感应条的模拟信号，由双绞线扁平电缆并行引出，并加载到前端板的甄别器（比较器）的信号输入端。信号经甄别器甄别后，变为数字逻辑信号。16个通道的数据，存放在FPGA中的FIFO中，等待触发信号的出现。当触发信号出现时，数据由FPGA中的移位寄存器串行成一个16位的数据流，以便和上一块16个通道的前端板链接。在FPGA芯片中，还