1. 大亚湾 PMT 读出电子学介绍 王铮 2009-4-21 中科院 “ 核探测技术与核电子学重点实验室 ” 年会

2. 大亚湾实验方案 3 个实验大厅。每个实验厅内有 3 种探测器：中心探测器， 水切伦科夫探测器，和 RPC 探测器。 探测器系统 中心探测器 RPC 探测器 水切伦科夫 探测器

3. DYB 中微子实验的 VME 读出系统 整个大亚湾实验，共使用光电倍增管 2498 个，需要 158 个 PMT 读 出电子学（ FEE ）插件，共 14 个 VME 机箱，构成 14 个相对独立的 读出子系统。 主探测器水契伦科夫探测器插件 总数 VME 机箱 总数 位置 PMTsFEE 插件 VME 机箱 PMT s FEE 插件 VME 机箱 DB 近厅 192*212*222898+11=192434 LA 近厅 192*212*222898+11=192434 远厅 192*412*4438410+14=242726 总数 1536 96896262615814 PMT 个数、 FEE 插件个数以及 VME 机箱统计 整个电子学系统造价 约 850 万 PMT 读出插件 约 500 万

4. PMT 读出电子学的任务 同时满足中心探测器和水切伦科夫探测器对 PMT 信号读出的要求，共计约 2498 个 PMT 信号读出。 功能： – 测量每个 PMT 信号的电荷量信息 – 测量击中 PMT 的时间信息 – 为触发系统提供实时的 PMT 击中数 (NHIT) 信息 – 为触发系统提供实时的 ESUM( 能量和 ) 信息

5. PMT(R5912) 输出信号特征研究 由此确定 PMT 读出插件的电荷 测量范围 中心探测器各 PMT 接收到的光电子数模拟 rising edge : 4ns falling edge : 10ns PMT gain: 10 7 － 3×10 7 linearity: 5%@(0 － 625p.e.)

6. Linearity of PMT output Hamamatsu response to large light signals

7. PMT 读出电子学系统设计指标 参 数指 标 电荷测量范围 1.6pC – 1800pC (1~4000 p.e). 电荷分辨 10% @ 1 p.e. ADC Bits 两量程 12 位 ADC ADC 采样频率 40 MSPS 时间测量范围 500 ns 时间分辨 (RMS) <1ns VME 标准 VME64xp 9u,340mm 通道数 16/ 插件

8. 设计难点 电荷测量动态范围大： 16bit ， 电荷分辨要求高，为 0.1 个光电子。 解决办法： – 分量程数字化： 低量程 12bit ；（ ~100pe) 高量程 12bit

9. PMT 读出电子学系统构成

10. 每个 VME 子系统由一个 POWER PC ，最多 16 个 FEE 插件，一 块触发判选插件，一个 FADC 插件，一个扇出插件构成。每个 前端电子学插件能处理 16 路光电倍增管信号。 采用相对独立的前端电子学系统的设计 PMT 读出电子学系统构成 ( 续 ) VME 机箱系统

11. FEE 设计方案

12. PMT 读出电路实现 FEE PCB 版图 FEE 插件 VME 机箱系统

13. 电荷测量测试结果

14. 时间测量测试结果

15. ASUM 输出信号测试

16. NHIT 输出信号测试

17. 进度 2007 年 4 月完成 FEE ver.1.0 设计 – 进行了 IHEP 模型探测器实验 2008 年 9 月完成 FEE ver.1.2 改进 2009 年 4 月完成 FEE ver.1.3 改进 2009 年 10 月完成第一个中心探测器电子学 小系统（ 14 FEE ）的安装调试