在高能物理實驗中，PMT作為粒子探測器的重要組成部分，廣泛應用于各種實驗裝置中。例如，PMT可以用于測量帶電粒子的軌跡和能量，通過精確測量粒子在磁場中的飛行時間和偏轉角度，可以推算出粒子的質量、電荷和動量等關鍵參數。此外，PMT還可用于探測中性粒子（如光子、中子等），通過測量其與物質相互作用產生的次級粒子，從而間接探測中性粒子的性質。

光電倍增管(PMT)是一種高度靈敏的光檢測設備,它的工作原理基于光電效應、二次電子發射和電子光學理論，其結構主要包括光電陰極、聚焦極、倍增極和陽極。當光子入射到光陰極上時，由于光電發射效應，光電陰極會激發出光電子，這些光電子在電場的作用下被加速并撞擊到倍增極上，產生更多的二次電子。產生的二次電子經過多級倍增后，電子數目得到極大增加，最終形成可被檢測的電信號。

圖 1.1 PMT 工作原理圖

測試挑戰

? 測試通道數多：PMT可以測量帶電離子的軌跡與能量，而在這個探測過程中，需要多路通道一起測量。而像傳統的示波器通道數多為4路或8路，不滿足測試需求。

? 測試環境惡劣：高能粒子物理實驗過程中，測試環境比較特殊，且不便從外圍控制，有些測試環境甚至會有幾十攝氏度的溫差變化。而這一溫度差異可能會超出常規的儀器工作溫度。

? 通道間的精確同步：高能粒子物理實驗過程中使用的PMT具有超快的時間響應，這使得它能夠用于測量光信號的快速變化。那么在多通道采集過程中，也就要求這通道間的精確同步，這樣才能降低測試誤差。

? 數據處理量大：高能粒子物理實驗過程中，一次需要對多個通道的數據進行同時處理，也就意味著在同一個顯示屏上要顯示出多個通道的數據。而傳統的示波器一個屏幕上最多只能顯示8個通道，不符合測試需求。

解決方案

為了應對以上測試難點，RIGOL推出了DS8000-R系列板卡式示波器以及DS SYNC64 64通道同步模塊以及Ultra DAQ多通道數據處理軟件。

圖 3.1 多通道數據采集系統實際連接圖

1.信號測試：選擇 DS8000-R 作為測試設備完成多通道信號測試

圖 3.2 DS8000-R 實物圖

表 3.1 DS8000-R 核心參數表

DS8000-R集6種獨立儀器于一體，包括一臺示波器、一臺頻譜分析儀、一臺任意波形發生器、一臺數字電壓表、一臺高精度頻率計和累加器以及一臺協議分析儀。DS8000-R系列數字示波器提供給用戶結合實際需要的最佳選擇。在作為單機使用時，可以外接顯示屏、鼠標、鍵盤等設備完成測試。在集成測試過程中，其1U的高度以及半機架的寬度的高度集成，在系統集成測試場景下，最多支持集成128臺示波器，擴展為512個通道。在滿足用戶高速、多通道并行進行數據采集需求的同時，緊湊疊加，節省空間。

同時，DS8000-R系列數字示波器出色的熱設計，經過嚴格的可靠性測試，支持 -40℃~+50℃的工作溫度，在惡劣環境中仍可正常工作。

圖 3.3 多通道數據采集系統集成柜實物圖

2.通道同步: DS SYNC64 64 通道同步模塊

圖 3.4 DS SYNC64 同步模塊實物圖

圖 3.5 DS SYNC64 同步模塊連接圖

對于需要多通道并行數據采集的用戶，DS SYNC64同步機可以作為示波器的觸發源，將輸出接口連接到示波器的EXT觸發輸入端，實現多臺示波器的同步觸發。還可以用作通道標定，通過同軸線連接到示波器的模擬通道輸入端，對各個模擬通道進行校準。保證多臺級聯的示波器可以進行數據的同步采集，提升測量結果的可靠性。

DS SYNC64有4個觸發脈沖輸入接口，可實現4個通道的觸發（TriggerIn1~TriggerIn4）；支持觸發釋抑，有64路觸發信號輸出接口，單臺最多可以支持64臺示波器進行級聯。通過使用功分器來連接兩臺同步機的觸發脈沖輸入端口，然后兩臺同步機共計128個觸發信號輸出接口，連接128臺DS8000-R。便可以完成128臺儀器，共計512通道同步。

3.波形顯示：UltraDAQ-Lite 多通道高速數據采集軟件

圖 3.6 UltraDAQ-Lite 設備添加與設置頁面

圖 3.7 UltraDAQ-Lite 波形觀察頁面

DS8000-R系列示波器標配精簡版多通道高速數據采集軟件UltraDAQ-Lite，支撐客戶在簡單的集成系統中進行基本的通道配置和波形顯示。UltraDAQ-Lite可控制最多 4 臺示波器同時工作，實現同步采集16通道的數據，并可以通過USB/ 以太網進行高速數據通信。

在用戶配置界面，用戶可以通過USB或者以太網將儀器添加到軟件中。同時還可以對通道的觸發類型、觸發電平、存儲深度、水平時基、水平偏移、探頭比、通道耦合等多項參數進行設置。在通道處設置完成后，就可以進入到觀察頁面完成對于多通道信號的測量與觀察。另外，還可以將波形數據保存下來，方便后續的數據分析。

同時，DS8000-R系列示波器提供集成控制軟件的SDK（開源提供，可到RIGOL 官網下載）。用戶可以根據實際的需求，在開源軟件包的基礎上進行靈活的二次開發，實現對采集波形的測量與分析、歷史數據導出和離線分析等自定義功能。軟件開發工具包，能夠滿足客戶對多種特定場景的應用需求。

結論

高能粒子物理實驗數據采集系統在測試系統中會有越來越多的應用場景。包括在量子通信、汽車電子、電子通信等等。而RIGOL推出的DS8000-R多通道高速數據采集應用方案具備高集成、高采樣、高同步、低抖動、低延遲、高集成度、可應用于惡劣測試環境等多個優點。同時對應的軟件可以滿足客戶不同的應用需求，在節省空間成本和經濟成本的同時，可以有效地提高客戶的測試效率。

方案優勢：高性能以及多通道：DS8000-R具備高采樣、深存儲、高集成度以及多功能的優勢，可以滿足客戶在使用過程中的不同需求，其工作溫度可以低至-40℃，可以滿足惡劣的測試環境。同時儀器可以支持128臺儀器級聯，最高512個通道數，滿足客戶對于多通道的需求。

低抖動以及多路數據處理：DS8000-R在使用同步機的情況下，抖動低至 350PSrms，時延低至 500ps。大大降低了因儀器帶來的誤差。同時RIGOL提供的上位機可以將多路信號顯示在一塊屏幕上，方便對于實驗數據的觀察與分析。

儀器支持

DS8000-R 系列數字示波器

DS8000-R系列數字示波器是基于RIGOL的ASIC芯片和UltraVision II技術平臺的緊湊型中高端數字示波器。DS8000-R具有緊湊結構設計，機身輕薄小巧。支持多機系統集成，適合機架安裝，提供遠程操控，滿足工業自動化測試系統要求。

產品支持：

RIGOLDS8000-R

緊湊型中高端數字示波器

產品特點：

■模擬通道帶寬：2GHz、1GHz和350MHz三種型號

■實時采樣率最高達10 GSa/s（DS8104-R/DS8204-R），5 GSa/s（DS8034-R）

■輸入、輸出通道數：4個模擬通道，1個EXT輸入通道

■標配500Mpts存儲深度

■波形捕獲率高于600,000個波形每秒

■低抖動，支持多機同步（<200 psRMS，典型值）

■最多可擴展至512個通道，支持同步采集（可使用同步機進行多通道同步）

一直以來，普源精電專注于電子設計、測試、生產、優化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產品組合，并通過強化在硬件、算法及軟件方面的技術實力，緊密對接客戶需求和市場動態，持續探索提升產品應用的行業覆蓋性。

未來，公司將進一步聚焦客戶應用，圍繞通信、新能源、半導體等前沿科技賽道，加強高端產品和解決方案的部署，形成從技術到產品、從時域到頻域、從通信到新能源半導體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰和創造核心價值。