单片式有源像素传感器(Monolithic Active Pixel Sensor,MAPS)是目前发展最好的单片式像素传感器之一,具有极高的位置分辨和计数率能力,在高能物理实验和天体物理领域拥有广泛的应用前景,针对该系列探测器研发出合适的读出系统,是实现这些应用的关键一步。MIMOSA28芯片基于CMOS超大规模集成电路工艺制作,设计时使用了一种新型的硅探测器技术,在同一衬底上集成探测器元件和处理电子器件。基于该芯片,本论文提出了一套针对MAPS系列探测器的低成本、高速、可拓展的读出系统方案,并研制了读出系统的硬件电路,设计了固件程序,开发了相应的软件系统。读出系统的硬件部分主要分为三部分:VC_BOARD采集板、LU_BOARD保护板和HPDAQmini主控板。VC_BOARD采集板搭载MIMOSA28芯片,完成带电粒子的探测,数据采集,并将采集到的信息通过读出通道传输给后端HPDAQmini主控板;LU_BOARD保护板有多种AD芯片,负责监控VC_BOARD采集板的电流电压,同时控制VC_BOARD采集板的供电电源,实现对VC_BAORD的保护。HPDAQmini主控板板载FPGA芯片,完成对整个系统的指令控制,数据存储和传输控制,主控板FMC引出128个I/O 口,单个MIMOSA 28芯片控制需要18个I/O(10个配置接口可共用),因此,最大支持挂载14个MIMOSA28芯片;同时,两颗DDR3提供51.2Gbps缓存速度,缓存容量为4Gb;主控板以太网最大传输速率为500Mbps。固件部分设计了 JTAG控制器,用于配置MIMOSA28芯片内部寄存器,VC_BOARD采集板采集到的数据传输到FPGA,在FPGA内部完成串转并、解码操作,利用Xilinx提供的MIG核控制DDR3进行数据缓存,通过FPGA实现以太网控制器,进行控制命令和数据的传输。软件部分主要是通过python脚本实现对各硬件电路的配置,编写控制软件和分析软件,从DDR3存储器中读取所需数据并通过以太网传输至PC进行离线分析。读出系统测试包括硬件电路测试、传输链路测试和芯片应用测试三个部分。硬件电路测试主要对电源和时钟进行测试;传输链路测试主要完成了 GTX性能测试,验证了其在lGbps和5Gbps通道下的性能,分析出整个系统的传输链路数据吞吐量为500Mbps;最后是芯片应用测试,利用MIMOSA28芯片对整个读出系统进行了测试,在不使用DDR3缓存的情况下,支持单个芯片最大数据量(320Mbps)读出;同时,在实验室X光条件下,测试了两块芯片同时读出的情况,数据传输正常且无误码产生。理论上,在不使用DDR3缓存的情况下(通常单芯片数据吞吐量小于100Mbps),该系统至少能够满足5块MIMOSA 28芯片同时读出的需求。