MIC1测试平台数据获取系统设计与实现

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随着高能物理实验不断的发展,各种粒子探测器技术也都在不断的发展创新。其中单片有源像素传感器(Monolithic Active Pixel Sensor, MAPS)因像素结构简单、位置分辨率好以及响应时问快的特点被许多研究小组所推崇,成为目前粒子探测器技术研究的热点。为了进行MAPS相关领域的研究,我校自主研发设计了一款MAPS芯片MIC1(MAPS In CCNU)。为了测试其性能,需要设计一套相应的测试平台,而数据获取系统又是测试平台的重要组成部分。因此,研究MIC1测试平台及其数据获取系统成为继MIC1设计之后的重要工作。本文所论述的MIC1测试平台主要由系统硬件和系统软件两部分组成。其中,系统硬件是以FPGA为核心的前端读出电子学系统,主要任务为利用高速ADC采集电信号,通过USB将获得的数据送往上端PC;系统软件则是运行在上端PC机的数据获取(DAQ)系统,主要任务为从前端读出电子学中获取数据,并将数据组装成数据段后存盘,然后进行分析处理,获得相应的测试信息。本文首先介绍了MIC1测试平台的项目背景、研究意义以及国内外IC测试平台数据获取系统的研究现状;然后对测试平台数据获取系统的功能和性能做了详细的需求分析。并在此基础之上,提出了基于ADC+FPGA+USB2.0结构的高速数据传输方案;完成了Windows和Linux环境下的USB固件开发、USB设备驱动及基于驱动的上层接口库函数开发和DAQ应用程序的开发;实现了上位PC机对下位读出电子学部分的命令下发和数据采集的功能,并且利用强大的数据分析软件ROOT对实验数据进行了全面的分析,直观显示了前端读出电子学和MIC1测试平台的性能。最后,论文分别从读出电子学及DAQ系统性能、系统读出带宽及误码率、系统静态噪声以及MIC1性能等方面对MIC1测试平台做了全面的测试和分析。结果表明测试平台及其数据获取系统工作稳定可靠,满足对MIC1测试的各种需求。
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