粒子物理实验电子学系统主要由四个部分构成：前端读出电子学（Front-End Readout Electronics, FEE），触发判选系统（Trigger System），数据获取系统（Data Acquisition System, DAQ）和慢控制（Slow Control）。这篇笔记主要介绍FEE。
1 前端读出电子学
前端读出电子学对探测器输出的微弱电信号进行必要的预处理（如放大、数字化等），将其转化为能够反映粒子特性的数据，供触发判选系统和DAQ系统使用。
前端读出电子学主要有电荷（能量）测量、时间测量、事例计数三种功能。
1.1 电荷测量
电荷测量就是测探测器输出信号的电荷量。粒子通过探测器时是探测器产生电离、激发或光电转换等过程，输出信号的电荷量往往正比于粒子在探测器中消耗掉的能量。
结构：前置放大器+长电缆+主放大器+成形电路+ADC+数据缓存+读出接口
1.2 时间测量
时间测量就是测量探测器输出信号的出现时间（指针对某一参考信号t0的时间时隔）。它需要测量两个数据：由定时甑别器电路确定被测信号的出现时刻；由时间－数字变换（TDC）电路将被测信号和参考信号t0之间的时间间隔转换成数字数据。
结构：前置放大器+长电缆+定时甄别器+TDC+数据缓存+读出接口
主流的解决方案是“粗”计数（Coarse Counting） +“细”时间测量（Fine Measurement），即全数字计数器技术 + 时间内插。“粗”计数一般由高性能的Gray码计数器（即数字计数器型TDC）实现，使用的参考时钟频率一般在数百兆赫兹，实现几个ns的时间分辨；“细”时间测量的实现则依靠时间内插技术（Time Interpolation），在一个时钟周期内进行时间内插，达到亚纳秒（100 ps ~ 10ps）的时间分辨。
1.3 事例计数
事例计数就是对探测器输出的信号进行必要的放大和甑别，得到“是”或“否”的信息，并进行记录。因为有时我们只需要知道是否有粒子击中相应的位置，并不需要测量信号的电荷或时间（如BES III的µ子探测器）。
结构：前置放大器+长电缆+定时甄别+寄存器/计数器+数据缓存+读出接口
1.4 前置放大器
1.4.1 分类
- 积分型（电荷灵敏前置放大器、电压灵敏前置放大器）：输出信号幅度正比于探测器输出电流信号对时间的积分（即探测器输出的总电荷量）
- 电流型（电流灵敏前置放大器）：输出信号波形与探测器输出电流信号的波形一致
1.4.2 三种主要的前置放大器
- 电荷灵敏前置放大器
电路较复杂，性能好，低噪声，最常用。
$V_{output}=-\frac{Q}{C_{feedback}}$
- 电压灵敏前置放大器
电路较简单（实际上就是一个电压放大器），性能较差，噪声比电荷灵敏前置放大器的大。
$\frac{V_{output}}{V_{input}}=-\frac{R_{feedback}}{R_{series}}$
- 电流灵敏前置放大器
实际上就是一个电流放大器。一般用于获取精确的时间信息、高计数率或高本底情况下的强度测量系统、能谱测量系统等。
1.5 ADC
线性放电型ADC，逐次比较型ADC（SAR ADC），流水线型ADC（Pipeline ADC），闪电型ADC（Flash ADC）。
2 触发判选系统
对前端电子学提供的数据进行实时分析，从大量的假事例（本底）数据中挑选出物理上感兴趣的事例，而将假事例（本底）数据舍弃。
构成：触发子系统（特征抽取）、总触发（判定分类）、时钟系统。
3 数据获取系统
筛选保留的物理上感兴趣的事例数据并收集、装配成一个完整的事例数据，记录下来以提供给物理学家进行离线分析。
附录
http://bes.ihep.ac.cn/bes3/internal/workshop/06electronics/anqi.pdf
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