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BESIII EMC 电子学系统 2005-9-28 一． 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，同时给出粒子击中晶体的粗略时间信息。 读出电子学采用传统的电荷测量方法。首先对光敏二极管输出的电流信号进行 积分，再经过放大、CR-(RC)3成形，这时信号波形的峰值电压正比于光敏二极管输 出的电荷量。通过测量峰值电压可以得到电荷量，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系统的工作条件是：加速器的对撞周期为8ns，一级触发 判选延迟时间为 6.4µs 。为了在一级触发判选完成前不丢失好事例，电磁量能器电子 学系统采用数字流水线工作方式。系统控制、数据读出等部分采用 VME 总线标准。 信号放大、极零相消、成形采用非标 NIM 插件实现。 电磁量能器电子学系统的设计除了保证按要求的精度完成电荷量测量外，还考 虑了探测器性能测试和触发系统的工作需要，尽可能为之提供方便。本系统共有三 种工作模式，根据 VME 主设备的指令可以方便地切换：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，20.827MHz 时钟信号、L1 信号 （一级触发判选有效）均由触发系统提供且与对撞周期同步。 2) 校准工作模式 检测系统各个通道的好坏及非线性时采用校准工作模式。这时, 由测试控制器提 供 20.00MHz 时钟信号和L1 信号，并提供一系列线性良好的标准电荷量，对各个通 道的线性进行测试，测量的结果保存在数据文件中，供 VME 主设备在非线性修正时 使用。 3) 增益调节工作模式 为了减少电磁量能器与触发系统之间的电缆数量，简化谱仪系统，将 16 路信号 按模拟量相加，将得到的“模拟和”送给触发系统。为了保证各个通道增益的一致性， 需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需的串行时钟及串行数据，主放大器中的串 行解码电路自动完成解码和增益值的调整。 二． 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的要求，电磁量能器读出电子学系统参数如 下： 系统时钟 20.00 MHz 校准工作模式 20.827 MHz 对撞工作模式 触发判选 L1 延迟 6.4 μs 单通道事例率 不大于 1KHz 电荷测量范围 0.5 fC ～ 1600 fC 输入端等效噪声电荷( σ) 0.16 fC (200 KeV) Q 通道数 6240 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 15 bit 给触发信息 16 路模拟和 给触发的信号通道增益可在线调整 增益不一致性不大于 20 ％ 2. 系统框图 图 1 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 （Preamplifi