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基于USB接口的TGC探测器信号道检测系统

王所杰  
【摘要】:LHC(Large Hadron Collider)是欧洲核子研究中心(CREN)在建的大型质子-质子对撞机,对撞能量为14TeV,建成后将成为世界上能量最高的对撞机。ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)是将建在LHC其中一个对撞点上的大型强子多用途粒子探测器。TGC(Thin Gas Chamber)探测器用于ATLAS探测器的μ子触发探测器系统中,它是一种工作在饱和模式下的特殊多丝正比室,具有较高的时间分辨率和较好的空间分辨率,其时间分辨率优于25ns。 ATLAS共需要3968个TGC探测器。山东大学高能物理研究室承担了ATLAS μ子触发探测器系统中400个TGC探测器单元的研制和生产,每个单元有64个信号道。为了保障生产的TGC探测器的合格率,作为生产流程中的一个环节,在TGC双层单元合成后和在TGC封装之前要对其信号道(共计400~*64=25600道)进行性能检测。 依据TGC探测器物理结构的电子学特性,采用了一种简便的测试方法,设计了一套快速的信号测试系统。鉴于USB(Universal Serial Bus)接口的快速性和安装方便等优点,采取了通过USB接口把数据上传给计算机,在计算机上显示测量结果,并给出TGC信号道的状态报告,实现自动检测64路TGC信号道。把USB接口技术与传统的数据采集技术相结合建立了一套基于USB接口的TGC探测器信号道检测系统。 文中介绍了USB接口技术的基本知识,阐明了TGC信号道检测系统的工作原理,详细的阐述了整套系统硬件部分(信号道选取、模拟信号处理和USB接口)的电路设计和软件部分(固件程序、设备驱动程序和用户界面程序)的实现。 整个系统的硬件部分在一块PCB(Printed Circuit Board)上实现,设计完好的的硬件部分满足NIM(Nuclear Instrument Modules)标准。软件部分中的固件程序不仅完成对USB外设的控制,而且依据USB协议还完成对采集数据的上传,以及解析来自主机的命令。驱动程序起到了底层硬件与用户界面程序之间的桥梁作用,采用WDM (Windows Driver Model)模型,以DDK(Driver


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