BESIIITOF前端读出电子学模块测试控制及分析软件系统的设计

　　1　BES III TOF FEE的测试需求

　　TOF探测器主要作用是通过所测量的飞行时间信息,结合主漂移室测得粒子的动量和径迹,从而辨别粒子的种类;同时它也参加第一级触发判选;而且可以利用不同探测器输出信号之间的时间关系来排除宇宙线本底。其中,要求TOF前端电子学(FEE)时间测量的分辨率应好于25ps,同时,为修正不同幅度的信号对时间甄别带来的影响(time slewing cor-rection),需要测量脉冲幅度以离线进行时幅修正[1]。因此对FEE的测试不仅包含时间性能测试,还包括幅度性能测试。为了证实FEE能够达到相关指标,需要的测试控制及测试内容如下:

　　(1)硬件系统配置:包括FEE的HPTDC上的RAM配置和其他寄存器的配置[2],当然还包括对快控制和时钟板相关寄存器的配置。

　　(2)数据获取:通过VME操作控制FEE和其他插件,进行数据获取[3]。

　　(3)数据分析:包括离线数据分析和在线数据采集。因为数据格式为CBLT (ChainedBlock Transfer)单元包,所以此软件内嵌了对CBLT包中数据进行抽取的功能,然后进行在线/离线数据分析。

　　测试的主要内容如下:

　　(1)使用码密度方式测量HPTDC非线性:通过对大批量数据的分析计算HPTDC各道的INL,进而可以作为INL查找表修正文件对HPTDC进行校正[4]。

　　(2)利用延迟线测量时间精度:计算输入FEE两个通道信号的测量值时间差的RMS,从而得到某一固定延迟下的FEE的时间测量RMS精度。这是FEE测试中至关重要的部分。

　　(3)利用信号源扫描测试电荷线性:利用此软件远程控制信号源输出信号的幅度大小,使FEE读出板的输入信号幅度线性地改变,通过信号发生器产生线性可调的标准信号,输入到FEE中,最后通过线性拟合得到QT电路的线性增益和非线性指标。

　　(4)利用信号源测试电荷精度:即得到噪声引起的电荷测量的误差。

　　(5)利用板内信号进行自检扫描。

　　(6)实时显示功能可以用于测试系统指标的长时间漂移效应。

　　2　测试系统结构

　　测试系统结构如图1所示,被测FEE插件位于VME 9U机箱内,快控制插件负责控制信号和状态信息的扇出以及发起CBLT读操作[5],时钟插件向机箱内各插件提供精度好于20ps的同步时钟。客户端计算机通过网络向PowerPC控制卡上的嵌入式CPU发出命令控制电子学系统的配置及数据读出,同时可以进行数据的在线或离线分析。客户端计算机和PowerPC分别需要两套独立的程序,两者通过网络进行控制命令和数据的交换,因此“BESIIITOF前端读出电子学模块测试控制及分析软件系统”包括这两套程序的设计。

　　3　软件内部设计