文档介绍：LHAASO WCDA读出电子学原型系统的验证和测试
报告人:马聪
中国科学技术大学近代物理系
核探测与核电子学国家重点实验室
2016年8月23日第十二届全国粒子物理学术会议合肥
LHAASO WCDA FEE 简介
LHAASO WCDA FEE 主要任务
前端读出电子学的设计
模拟前端模块的设计
时钟与数据传输模块的设计
机械、器件布局考虑
系统测试
电子学测试
常温下的性能测试
时钟相位自动调整测试
数据率测试
温漂测试
PMT 联合调试
滨松R5912和CR365测试系统
电荷和时间分辨率测试
主要内容
2
LHAASO WCDA FEE 简介
LHAASO WCDA FEE 主要任务
前端读出电子学的设计
模拟前端模块的设计
时钟与数据传输模块的设计
机械、器件布局考虑
系统测试
电子学测试
常温下的性能测试
时钟相位自动调整测试
数据率测试
温漂测试
PMT 联合调试
滨松R5912和CR365测试系统
电荷和时间分辨率测试
主要内容
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LHAASO WCDA FEE 主要任务
4
900 PMTs for one water pool
One FEE for 9 PMTs
主要任务
指标需求
时间测量Bin size
< 1 ns
时间测量分辨率(RMS)
< ns
电荷测量动态范围
. - 4000 .
450 fC
电荷测量分辨率(%)
30%***@.; 3%***@.
通道数
3600(->3120)
主要任务
全广角探测百GeV以上的EAS
探测粒子前锋面到达时间
探测粒子电荷,判断粒子种类
测量范围:1~4000 .
四(三)个水池,~400 FEE
整体结构与技术路线
5
分布式电子学构架
大动态范围电荷和时间高精度测量
大范围内是高精度高质量系统时钟分发系统
数据、时钟和命令的融合传输
完全无硬件触发的数据获取系统
主要技术要点
900 PMTs for one water pool
One FEE for 9 PMTs
电荷测量:分段测量,模拟成形+数字积分
时间测量:前沿定时+FPGA-TDC
自动时钟相位补偿技术,基于WR方法
TCP/IP数据传输方式
整体结构与技术路线
6
FEE主要技术路线
模拟前端电子学设计
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电荷测量电路
电路结构:passive RC2 Shaper
时间常数:40 ns , 权衡SNR,Peaking error, Ballistic Deficit, Dead Time……
ADC钳位保护电路+基线稳定电路,实时基线测量
时间测量电路
前沿定时+FPGA-TDC测量
高低阈值甄别方案, Low Vth: 1/3 . High Vth:~5 .
TDC:Binsize ~ ns, 动态范围~16 s
全局自动阈值标定电路的设计
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阈值电压标定电路
S-Curve 法
开关控制产生10000 类PMT信号(45%~55%)
mV x 85% x x 16
标定16/3 PE信号阈值,逻辑内部反推1/3 PE
DAC阈值输出加电阻衰减
自动时钟相位补偿技术与数据传输
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对称FPGA PLL 调相
结构简单,无需片外模拟电路,稳定性高
减小电子学温漂,调相最小步长:~15 ps
兼容WR交换机
SiTCP IP Core实现TCP/IP打包
结构简单、稳定、易用
FEE 机械、器件布局考虑
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工程样机的设计
四角定位孔
加强金
信号地与机壳地
BNC座、磁珠、SFP等高器件放于背面
正面紧贴机箱内壁