1、近二十多年來，以微網結構氣體探測器(Micromegas)和電子倍增器(GasElectron Multiplier，簡稱GEM)為典型代表的微結構氣體探測器（Micro PatternGas Detector，簡稱MPGD）得到長足發(fā)展。因其良好的時間和空間分辨率、高抗輻照能力、高事例率、高增益和可制作成大面積探測器等優(yōu)點，在高能物理實驗、核醫(yī)學成像、安全監(jiān)測、以及空間天文等領域得到廣泛研究和應用。不同的應用場合對MPGD探測器的讀出

2、電子學提出了不同的要求（比如通道數(shù)規(guī)模、計數(shù)率、抗輻照能力、測量精度不同等），基于這些多樣化的需求，國內外研發(fā)了許多可應用于MPGD的ASIC芯片，并設計了配套的讀出電子學系統(tǒng)。
　　在MPGD探測器領域，目前探測器技術已取得長足的發(fā)展，而相應的電子學則相對滯后，成為制約新型氣體探測器研究和應用的瓶頸。國際上在研發(fā)MPGD探測器的同時也發(fā)展了相關電子學，開發(fā)出了多款針對不同實驗需求的前端ASIC芯片，如APV25、VA系列芯片、A

3、GET、VFAT2、GASTONE、MICROROC等，也發(fā)展了通用可擴展讀出電子學系統(tǒng)(Scalable Readout System，簡稱SRS)和多目標讀出電子學系統(tǒng)(Multi-Purpose Digitizer,簡稱MPD)等，用來適應不同探測目標和規(guī)模的氣體探測器。
　　國內緊跟國際步伐，也研制出了性能優(yōu)越的Micromegas、GEM等MPGD探測器，但配套電子學卻落后于國際水平。雖然國內的清華大學、中國科學院高能物

4、理研究所等單位已開展了多年的ASIC設計研究，已設計了針對氣體探測器的讀出芯片如CASAGEM、GEMROC、GEMPROC等。但是，基于不同ASIC芯片，能適應不同探測目標和不同實驗規(guī)模的可擴展、通用讀出電子學系統(tǒng)的研究，仍然處于起步階段。
　　立足于MPGD探測器的廣闊應用前景，以及國內可擴展、通用讀出電子學系統(tǒng)研究的欠缺，本論文調研了國內外氣體探測器領域典型的讀出電子學系統(tǒng)，主要包括基于分立元器件搭建前端電路的北京譜儀主漂移

5、室讀出電子學系統(tǒng)、基于ASIC芯片的MPD讀出電子學系統(tǒng)、歐洲核子研究中心(CERN)的可擴展讀出電子學系統(tǒng)(SRS)和工業(yè)化的可擴展讀出電子學系統(tǒng)(ATCA-SRS)等。在重點參考RD51小組提出的可擴展電子學設計理念的基礎上，借鑒國外通用讀出電子學系統(tǒng)設計經驗，本論文研究設計了一套面向MPGD探測器的兼容性強、可擴展的通用讀出電子學原型系統(tǒng)（SRS原型系統(tǒng)）。該原型系統(tǒng)既可兼容多種ASIC芯片從而適應不同的氣體探測器，又可通過靈活配

6、置電子學模塊的數(shù)量和結構，來適應不同通道數(shù)規(guī)模的實驗需求。
　　該SRS原型系統(tǒng)主要由三類電路模塊組成，前端ASIC卡、適配卡(AdapterCard)和FEC卡(Front-End Card)。前端ASIC卡上裝載有多通道電荷測量ASIC芯片用于接收探測器的輸出，適配卡Adapter通過PCIe連接器和FEC卡相連將前端ASIC芯片的輸出經過模-數(shù)轉換后傳輸給FEC卡上的FPGA做進一步處理并傳輸?shù)缴衔粰C。通過配置PCIe連接器

7、，F(xiàn)EC卡可以兼容控制基于不同ASIC芯片的前端ASIC卡和相應適配卡的工作狀態(tài)，從而適應不同探測目標實驗的需求，拓寬SRS系統(tǒng)的應用前景;單塊FEC卡連接適配卡Adapter，控制N塊前端ASIC卡（N取決于具體設計）的工作狀態(tài)和接收它們的數(shù)據(jù)，稱為一個數(shù)據(jù)采集單元(DAQ Cell)。數(shù)據(jù)采集單元的控制卡FEC通過以太網接口組成拓撲結構，伸縮擴展數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)量，可以滿足不同規(guī)模通道數(shù)MPGD探測器實驗的需求。
　　該SRS

8、原型系統(tǒng)采用VA140、AGET和APV25芯片驗證系統(tǒng)的兼容性和可擴展性設計理念。目前已設計的基于VA140和AGET芯片的SRS原型系統(tǒng)性能良好，VA140-SRS和AGET-SRS的電子學噪聲分別為0.15 fC和0.3 fC，線性性能均好于1.5％。配合Micromegas探測器的聯(lián)調結果表明，SRS原型系統(tǒng)能夠滿足MPGD探測器需求;所設計Eurocard標準機箱和選用的AC/DC電源模塊，使單個機箱可以組裝17個數(shù)據(jù)采集單元