HXMT中能望远镜数据获取研究
硬X射线调制望远镜是一颗在1 keV到250 keV能区进行X射线巡天和定点观测的探测卫星。它包含了三个部分：高能X射线望远镜(HE，采用NaI/CsI探测器)，中能X射线望远镜(ME，采用Si-PIN探测器)和低能X射线望远镜(LE，采用SCD探测器)。其中高能X射线望远镜探测高于20 keV的能区，低能X射线望远镜探测低于8 keV的能区。为了填补高能X射线望远镜HE和低能X射线望远镜LE的能量覆盖空缺，中能望远镜应当有着低于8 keV的能区下限和高于20 keV的能区上限。
中能X射线望远镜采用Si-PIN探测器，总的探测面积为952 c㎡。由于Si-PIN的噪声会随着探测器面积的增大而增加，因此中能望远镜包含了1944个单个面积为49 m㎡的小Si-PIN探测器。与探测器数量相对应，需要有1944个通道的读出电子学。由于卫星对于电子学系统的体积、功耗和重量都有严格限制，我们很难利用传统的分离元器件来研制出满足要求的读出电子学系统。为了实现多通道、高密度的电子学读出，我们必须采用先进的专用集成电路技术。
我们采用了RENA-3型ASIC芯片完成多通道、高密度的信号前置放大、成形、峰值保持以及触发。论文对RENA-3芯片的内部结构和工作原理做了详细介绍。
论文的重点介绍了中能望远镜原理样机数据获取系统设计，包括前端电子学，数据采集电子学，数据管理电子学的设计。前端电子学利用RENA-3型ASIC芯片实现多通道、高密度的前端信号处理。我们对前端电子学的低噪声硬件设计做了详细分析和说明。数据采集电子学利用FPGA技术对前端电子学的RENA-3芯片进行控制和配置，对事例数据进行采集并且通过高速LVDS方式传输给数据管理系统。数据管理系统负责接收数据采集系统的事例数据，并且通过控制USB接口完成和PC机之间的通信，将事例数据传输给PC，将PC机的命令数据转发给数据采集系统。论文详细叙述了数据采集系统和数据管理系统的硬件结构和逻辑设计，介绍了数据采集系统和数据管理系统之间的LVDS通信协议。整个系统实现了多通道前端信号的处理、事例数据的获取以及对前端电子学的配置参数、系统工作模式的在线设置。
我们对中能望远镜原理样机数据获取系统进行了测试，对测试结果进行了分析，测试结果表明，系统可以满足设计需求和相关性能指标。
论文的最后对全文进行了总结，并且对今后的工作做出了展望。
硬X射线调制望远镜;中能望远镜;专用集成电路;现场可编程门阵列;数据获取;PIN探测器
中国科学技术大学
博士
物理电子学
王焕玉
2009
中文
TN16;TL814.3
101
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）