1、近年來，越來越多的天文觀測結(jié)果表明，人類現(xiàn)有的標準物理模型可以解釋的普通物質(zhì)只占整個宇宙的很小部分，其余的宇宙成分則全為暗物質(zhì)和暗能量。但是，除引力效應外，人類對暗物質(zhì)所知甚少，暗物質(zhì)粒子的探測和研究意味著對現(xiàn)有物理學模型的突破，很可能導致物理學的新革命。
　　 到空間觀測暗物質(zhì)粒子衰變或相互作用后產(chǎn)生的普通粒子，如伽瑪射線、電子和正電子、反質(zhì)子等，是暗物質(zhì)粒子探測的一個重要方法，也是國際物理學界的熱點和前沿。國際上已開展的相關

2、實驗有ATIC 高空氣球（美國）、PAMELA 衛(wèi)星（意大利）、Fermi 衛(wèi)星（美國）等，正在籌建或即將發(fā)射的有CALET 空間探測器（日本）、AMS02 空間探測器（美國）等。
　　 由中國科學院紫金山天文臺領銜提出的空間暗物質(zhì)探測小衛(wèi)星計劃，希望由我國建造和發(fā)射科學衛(wèi)星，通過在空間觀測高能電子（包括正電子）和伽瑪射線能譜，來找到暗物質(zhì)粒子的存在證據(jù)。在該衛(wèi)星中，最為關鍵的設備是電磁量能器，用于實現(xiàn)5 GeV-10 TeV大

3、動態(tài)范圍高能宇宙線（電子、正電子、伽瑪射線等）能譜測量。為了使量能器實現(xiàn)5 GeV-10 TeV的動態(tài)范圍設計指標，要求其讀出電子學系統(tǒng)具有1728路信號通道，每路電子學通道的動態(tài)范圍達到近千倍。除此之外，作為衛(wèi)星載荷的電子設備，必須滿足低功耗、高可靠性等諸多苛刻要求。本論文將討論該衛(wèi)星量能器的讀出電子學系統(tǒng)，包括其電荷測量技術路線、前端電子學和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的設計細節(jié)，并對電子學系統(tǒng)的互連總線、可靠性等其它方面進行探討。
　　

4、本論文的前兩章主要對暗物質(zhì)空間探測的物理背景、暗物質(zhì)探測衛(wèi)星及其電磁量能器的設計方案進行介紹。
　　 根據(jù)探測器總體方案，量能器將由576 塊BGO 晶體組成，使用R5611 光電倍增管對晶體單元進行信號輸出。為了擴展動態(tài)范圍，將光電倍增管的三個打拿極信號引出，分別接到3路電子學通道進行電荷測量。本論文的第三章主要對電荷測量的技術細節(jié)進行探討，包括其前置放大、模擬調(diào)理、數(shù)字化等環(huán)節(jié)的討論，以及對電荷-電壓轉(zhuǎn)換、電荷-時間轉(zhuǎn)換、波

5、形采樣這三種電荷測量的技術路線進行比較分析。并認為傳統(tǒng)的電荷-電壓轉(zhuǎn)換技術路線，以及基于該技術路線的ASIC 芯片更能適應空間粒子物理實驗電子學系統(tǒng)高集成度、低功耗、高可靠的需求。
　　 第四章主要介紹了最終選擇的、采用VA32HDR14.2 ASIC 芯片的前端電子學電荷測量方案。為了對該方案進行驗證，設計了相應的原理驗證電路，并進行了電子學和探測器聯(lián)調(diào)測試。
　　 第五章至第七章主要介紹了空間暗物質(zhì)探測衛(wèi)星地面原型系

6、統(tǒng)的讀出電子學設計，這也是本論文工作的重點。在第四章所介紹的原理驗證電路的基礎上，針對衛(wèi)星原型系統(tǒng)探測器的需求，設計了地面原型探測器的讀出系統(tǒng)。該讀出系統(tǒng)由6個前端電子學模塊（FEE）、2個數(shù)據(jù)獲取模塊（Sub-DAQ）及相應的電子學數(shù)據(jù)獲取軟件組成。其中前端電子學模塊負責探測器信號的電荷測量，采用多片VA32HDR14.2 ASIC 芯片級聯(lián)讀出，以滿足高集成度、低功耗的設計需求。數(shù)據(jù)獲取模塊主要負責FEE的數(shù)據(jù)讀出和控制、觸發(fā)的產(chǎn)生

7、、以及與數(shù)據(jù)獲取計算機的接口。在這幾章中，對該讀出電子學系統(tǒng)的硬件模塊、系統(tǒng)互連總線以及數(shù)據(jù)獲取軟件的實現(xiàn)細節(jié)進行了介紹。
　　 第八章介紹地面原型系統(tǒng)讀出電子學的誤差分析和測試，測試工作具體分為兩個階段：實驗室環(huán)境下的電子學測試，以及實驗室環(huán)境下的探測器聯(lián)調(diào)測試。其中電子學測試主要利用可編程的信號發(fā)生器和前端電子學自身的刻度電路來產(chǎn)生電荷脈沖，以模擬探測器信號，測試電子學系統(tǒng)的讀出功能及其線性、噪聲、穩(wěn)定性、串擾等指標。探測器