ATLAS NSW Phase-Ⅰ升级sTGC strip读出电子学升级系统的研制

发布时间：2023-06-10 15:50

　　为了实现探索标准模型以外的新物理规律,LHC将在未来10年内,将能量提升至12-14TeV,亮度达到3-7×1034cm-2-2s-1。ATLAS探测器系统将同步升级,以保证在高能高亮度质子对撞环境下有效采集数据。现阶段的数据分析表明,现有触发系统无法分辨端盖磁铁产生的低能质子和高横动量μ子,误触发率约为90%。LHC的能量和亮度提升后,μ子寻迹室和触发的性能均会大幅下降。为此,ATLAS μ子谱仪升级计划研制New Small Wheel(NSW)精密寻迹和触发系统。NSW将在15kHz/cm2的辐射环境下重建μ子径迹,以1 mrad的精度测量与无限动量径迹的夹角△θ是否小于±7 mrad,来确认径迹是否起源于交互点(IP),从而降低误触发率。NSW 采用 small-strip Thin Gap Chamber(sTGC)作为触发探测器,它具有高于150μm的位置分辨率、抗辐照、高通道密度等特点,满足NSW的快速精密寻迹需求。相应地,sTGC strip前端电子学系统(sFEB),需要在25ns的束团对撞周期下,实时采集和测量NSW上282240个sTGC strip的fC量级电荷...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 ATLASμ子谱仪端盖触发升级——New Small Wheel
        1.1.1 LHC及ATLAS探测器升级
        1.1.2 μ子谱仪端盖触发升级需求
        1.1.3 端盖升级方案——New Small Wheel
    1.2 NSWμ子触发探测器sTGC
    1.3 sTGC strip读出前端电子学的研制背景
        1.3.1 sTGC strip前端读出电子学的任务
        1.3.2 前端电子学的研制所面临的挑战
    1.4 本文主要研究内容
第2章 sTGC strip读出电子学系统需求分析
    2.1 sTGC strip读出电子学系统需求
        2.1.0 NSW sTGC电子学系统综述
        2.1.1 NSW sTGC通道读出需求
        2.1.2 strip电荷读出需求
        2.1.3 触发系统需求
        2.1.4 数据采集系统需求
        2.1.5 控制和监测系统需求
        2.1.6 NSW服务系统和运行环境需求
        2.1.7 技术指标总结
    2.2 读出电子学设计方案
        2.2.1 总体设计方案与技术路线
        2.2.2 抗辐照专用ASIC研制
        2.2.3 关键技术介绍
        2.2.4 系统验证与测试方案
第3章 sTGC strip读出电子学原型设计
    3.1 strip读出电子学系统方案
    3.2 sFEB原型板设计
        3.2.1 器件依赖关系与总体布局
        3.2.2 板层设计和分割
        3.2.3 前端网络设计
        3.2.4 电源设计
        3.2.5 时钟网络设计
        3.2.6 ASIC外围设计
        3.2.7 FPGA验证架构
    3.3 sFEB定型验证板设计
        3.3.1 器件及布局优化
        3.3.2 前端网络改进
        3.3.3 电源改进
第4章 strip读出电子学控制采集与测试平台搭建
    4.1 FEB DAQ控制和采集平台设计需求
    4.2 FEB DAQ控制采集板硬件设计
        4.2.1 总体结构
        4.2.2 FPGA模块
        4.2.3 通信模块
        4.2.4 外部触发模块
        4.2.5 电源模块
        4.2.6 PCB板图
    4.3 FEB DAQ上位机软件设计
        4.3.1 设计需求
        4.3.2 软件架构与实现
        4.3.3 数据采集主界面
        4.3.4 配置界面
        4.3.5 系统监测
    4.4 基于FEB DAQ的sFEB电子学测试
        4.4.1 测试需求和目标
        4.4.2 读出电子学关键性能测试
        4.4.3 读出电子学关键功能测试
第5章 sTGC strip读出电子学集成与系统测试
    5.1 sTGC探测器集成测试
        5.1.1 山东大学sTGC QS2宇宙线测试
        5.1.2 威兹曼研究所sTGC QS2宇宙线测试
    5.2 CERN NSW系统测试
        5.2.1 Vertical Slice
        5.2.2 束流实验
    5.3 测试结果总结和分析
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3833146