Conveners
Parallel 2 - session 2 (electronics)
- 智 邓 (清华大学)
超级陶粲装置（STCF）是我国拟建设的下一代高亮度正负电子对撞机，其设计运行能量范围为2~7 GeV，峰值亮度约为0.5×10³⁵ cm⁻²...
微波动态电感探测器（MKID）是一种高品质因数的超导微波谐振器，迄今已经在高能 X/γ 射线、天文弱光等弱辐射探测领域表现出了极大的潜力。MKID阵列凭借其天然的频分复用优势，可通过单条微波馈线同时读取数千个像素，在大视场天文观测和量子信息等领域具有重要应用前景。然而，随着阵列规模扩大至千通道级，读出电子学在激励生成、信号采集与实时解调方面面临严峻挑战。
本文提出并实现一种基于AMD ZYNQ UltraScale+ RFSoC的千通道级MKID微波复用室温读出电子学系统。利用RFSoC单片集成的ADC/DAC和可编程逻辑，在单芯片上完成了全链路的数字信号处理。系统支持FPGA固件实现的快速频率扫描、定频测试等核心功能。在发射端，为突破FPGA资源限制，采用16 组 RAM...
超级陶粲装置（STCF）是面向高精度粲物理、τ 轻子物理、强子谱学及新物理寻找的未来高亮度正负电子对撞机实验装置。电磁量能器作为 STCF 探测器的重要子系统，承担着光子和电子能量测量、中性粒子重建及粒子鉴别等关键任务。针对高亮度运行条件下电磁量能器面临的宽动态范围、高计数率、高时间分辨和高数据吞吐需求，报告介绍 STCF 电磁量能器读出电子学原型系统的研制进展。该系统采用前端读出模块与后端 FPGA 信号处理模块相结合的架构，实现探测器信号调理、高速采样、在线数字处理和数据传输；同时面向高事例率下的波形堆积和粒子鉴别需求，研究并实现了基线估计、数字滤波、幅度与时间提取、堆积矫正及波形特征投影粒子鉴别等在线算法。实验室测试、LED 本底模拟测试和束流联合测试结果表明，原型系统能够稳定完成多通道波形采集与在线处理，为后续 STCF 电磁量能器读出电子学系统优化和规模化研制奠定了基础。
高能伽马射线探测是研究极端天体物理的重要途径之一。正在预研的甚大面积伽马射线空间望远镜（VLAST）是一款旗舰级伽马空间探测设施，相较于其他空间探测器，具有更高的有效接收率和更精确的伽马光子测量能力。为验证VLAST的关键技术，提出了小型化空间探测器VLAST-P，旨在可靠探测来自太阳的高能伽马射线（MeV-GeV）以及太阳耀斑产生的高能质子。电磁量能器是VLAST-P有效载荷的关键子探测器，用于测量入射高能光子的能量，并提供入射粒子的击中信息以及触发有效事件的选择。使用CsI（Tl）晶体作为吸收体构建全吸收型量能器，其读出电子学系统由4个前端电子学（FEE）和1个前置放大模块（PAM）组成。PAM使用雪崩光电二极管（APD）进行光电转换，电荷灵敏前置放大器进行电荷积分与放大成形，双增益读出通道的设计用于实现较大的动态范围。FEE用于数字化处理100个通道的模拟信号、击中判断和监测电...
MeV能段伽马射线观测是研究高能宇宙物理过程的核心手段，但现有探测器在该能区面临角分辨受限的挑战。提高角分辨的关键在于实现对康普顿电子或正负电子对三维径迹的精确测量。为此，本研究重点设计并实现了一套面向高压气体时间投影室（TPC）的大规模、高集成度读出电子学系统，旨在通过精细的电子径迹成像提升望远镜的观测性能。
在核心技术研发方面，针对TPC探测器高达22,500个感应单元带来的读出挑战，本研究提出了一种基于哈密顿回路理论的二维通道映射复用方案。该方案成功实现了16:1的物理通道压缩，在极大降低功耗与系统复杂度的同时，确保了三维径迹重建所需的位置分辨能力。配套研制的读出电路具备20...
