首先，用户需要安装顺序将笔记本电脑、采集卡以及探测器连接起来，如图1所示。其中，采集卡与探测器间的连接线为RG316线缆，其两头分别为MCX和BNC公头。电脑与数据采集卡之间的通信模式分为两种，一种是以USB连接；另一种是以光纤连接（Optical Link），两者区别在于后者数据传输能力远远强于前者。本报告以下工作均采用USB通信模式进行试验调试工作，用户需在CAEN官网（www.caen.it）下载并安装相应USB驱动（CAENUSBDrv-win10_x64-1.2.3.20）。打开采集卡电源，系统会默认寻找已安装驱动，随后，用户能在设备管理处→网络适配器中看到设备名称。

        在数字化信号处理系统中，有两种固件供用户选择，分别是DPP-PSD和DPP-PHA。其中，若配合DPP-PSD固件使用，数据采集卡能够对电流信号积分实现粒子鉴别（PSD)，例如n-γ鉴别。若配合DPP-PHA固件使用，则数据采集卡能够获取电荷、电压信号幅度得到能谱。为了满足用户不同的需求，CAEN公司推出一款CAENUpgrader软件，其功能是给数据采集卡更新不同类型、版本的固件，针对待处理信号特征采用合适的数据采集、数据处理的方法。

        首先，用户需在CAEN官网内下载CAENUpgrader软件(CAENUpgraderGUI.jar)以及所需固件(x725_DPP_PSD_4.17_136.16.cfa或者x725_DPP-PHA_4.15_ 139.08.cfa)。随后，连接采集卡与电脑，打开采集卡开关，运行CAENUpgrader软件，在Board Upgrade窗口Firmware binary file选项中选择所需固件.cfa文件，同时，在Board Model选项选择采集卡型号，具体设置如图2所示，最后单击Upgrade选项完成固件更新。

1 CoMPASS软件安装

        CAEN公司推出了多款DAQ应用软件，本报告仅介绍实用性强、用户界面友好的两种软件CoMPASS和MC2Analyzer，以下分别介绍这两款软件安装及使用教程。为了顺利安装CoMPASS，用户首先需在Windows系统下安装第三方软件Java Runtime Environment 1.8或更高版本（下载地址www.java.com ）。另外，在软件安装过程中还需要对Microsoft Visual C++ 2015 Redistributable进行更新，最后安装成功出现图3b提示。

        安装成功后运行CoMPASS，在文件路径新建一个工程或者覆盖以前的工程，完成后操作界面如图4所示。“Add board”选项表示用户选择与电脑连接的采集卡型号，“Scan”选项表示软件自动寻找所有与电脑连接的采集卡。在成功连接电脑与采集卡后，软件操作界面出现4个可供选择、调整的标签分别为 “Acquisition”，“Setting”，“Time selection”以及“Statistics”，以下会做详细介绍。另外，点击供用户配置设置选项，点击断开连接选项。

1.1 “Acquisition”标签界面介绍

        如图5所示，第一行“Run ID”为用户对文件夹的命名，“Auto increment”则为ID系统默认递增。第二行“Acquisition setting”包括离线数据处理“Offline data”和在线数据获取“New acquisition”两部分。“New acquisition”选卡下“Acquisition mode”分为两种模式，一种是在线波形记录模式“Wave”，该模式下能够展示脉冲信号波形；另一种是在线列表记录模式“List”，该模式下不会展示脉冲信号波形，但输出数据清晰明了（省略了地址信息）。“Timed run (s)”代表以秒为单位设定数据采集时间。“Free writes file”供用户自己定义寄存器变量以实现更多功能（见DPP_PSD/PHA Registers文档）。第三行“Raw event saving”选中save raw data软件则以.cae格式保存该run的原始数据，在RAW文件夹出现run.cae文件，这时用户可通过离线数据处理“Offline data”导入run.cae文件，将原始数据转换成用户所希望的格式（.root or .csv）。第四行“List saving”是对滤波/未滤波数据存储格式的设置，滤波数据即通过设置中“Rejection”滤波后得到的数据。输出数据格式为.root和.csv两种，如图6所示：

（1）对于root格式数据，获取信息由tree给出，包括channel，time stamp（ps量级），board，energy，energy short（仅DPP_PSD有），flag（寄存器地址）。

（2）对于csv格式数据，得到数据格式：

PSD(+Wave模式) = Time stamp, Energy, Energy short, Flags, (+samples)

PHA(+Wave模式) = Time stamp, Energy, Flags, (+samples)

第五行“Spectrum saving”是对能谱、PSD谱、时间分布以及ΔT谱的保存，其形式分为数据获取结束保存和周期性保存（最小单位1s）。数据保存格式主要是txt（一列数据，能谱）和txt3（三列数据，通道数、计数、能量）两种，保存路径为“DAQ\run\FILTERED or UNFILTERED”，如果未对原始数据cut滤波处理，则默认保存在“DAQ\run\UNFILTERED”路径。另外，在“plot window”中，用户还能通过 选项对能谱等信息进行保存，通过 选项将其保存为.png格式，保存路径为“DAQ\run\SCREENSHOTS”。

1.2 “Settings”标签界面介绍

        “Settings”标签界面如图7所示，“Board properties”表示基本信息栏。

1.2.1“Input”tab介绍

（1）“Enable”所开启的通道。

（2）“Record Length” 代表获取窗长度。

（3）“Pre-Trigger”代表信号触发位置至波形获取起始点的时间间隔（调整获取窗与信号波形的相对位置）。

（4）“Polarity”代表信号极性设置，在DSP_ PHA固件中波形极性是正极性（负翻转）。

（5）“Ns baseline”代表设置基线恢复所需采样点数目，通过对采样点取平均值计算基线。从获取窗第一个采样点至Baseline freeze（“long gate”门信号起始采样点）以及Baseline restart（“Trigger hold-off”与“long gate”的最大值）到获取窗最后一个采样点作为平均法基线恢复的采样点。N值可选为：16，64，256以及1024，采样点越多，基线恢复越准确。

（6）“DC Offset”代表信号距离零振幅的百分比。在动态范围内向上或向下移动输入信号的基线水平，以覆盖脉冲本身的全部宽度，从而避免信号饱和停止计算。“

（7）Calib. ADC”是在开始数据获取时对ADC通道定标（Enable）。

（8）“Input dynamic”代表电压输入范围，0.5V和2V可供选择。

1.2.2 “Discrimination”tab介绍

        “Discrimination”tab有DPP_PSD (CFD和LE)和DPP_PHA两种模式，如图8所示。

对于DPP_PSD (CFD和LE) 固件而言，LE指的是前沿定时；CFD是恒比定时甄别器。CFD的输出与输入的相位差不受输入的大小的改变而变化，即其输出信号零点与其信号幅度无关，其工作原理如图9所示。“Cfd delay”代表反向信号的延时时间（ns），需要设置合适的延时时间，避免太短或者太长，不正确设置导致结果如图10a,b所示；“Cfd fraction”代表衰减系数设置，有25%，50%，75%以及100%四个选项。CFD正确设置后得到脉冲信号如图10c所示。“Input Smoothing”能够对信号平滑处理，当信号出现高频噪声或快速尖峰时，平滑处理是有利的（滑动平均滤波器，输入采样由前n个采样事件取平均）。触发获取于平滑处理后的采样信号，减少了噪声触发的概率。“Threshold”用户能够设置阈值，范围在0至最大道数（LSB为单位，在2Vpp模式下1 LSB = 0.12 mV；在0.5Vpp模式下1 LSB = 0.03 mV）。目的是避免噪声对CFD信号的干扰。为了能够正确设置阈值，用户最好打开                                               “Energy Histogram”窗口，设置一个略高于噪声峰位的阈值从而过滤噪声（如图11将阈值设为10keV）。当“Trigger holdoff”（形成一个触发后时间窗）开启时，其他触发信号不再被采集卡接受。根据信号宽度，设置合适“Trigger holdoff”值。

对于DPP_PHA固件而言，“Fast Discriminator smoothing”是对输入信号的二阶导RC-CR2信号平滑处理，其值可设置为4，8，16，32和64。设置“Input Rise Time”使RC-CR2信号的零点与输入信号上升时间一致（赋予一个上升时间）。“Threshold”值应设置为高于RC-CR2信号噪声，避免其干扰。

1.2.3“QDC/Trapezoid”tab介绍

        QDC与Trapezoid选项分别对应PSD和PHA固件。他们的共同点在于都是用来评估脉冲信号的能量信息；而不同点在于评估手段，QDC是对一定范围内（Gate决定）电流信号积分；Trapezoid则是通过将脉冲信号滤波为准高斯信号，再进行幅度评估。

        首先对QDC介绍，“Energy coarse gain”代表能量增益（无量纲项向有量纲项转换），允许重新调整信号的带电量，在测量电荷超过满量程时非常有用。例如，Q积分为100LSB时，若设置“Energy coarse gain”值为40fC/LSB，则积分得到的电荷Q为4000fC。“Gate”代表控制长电荷积分范围的门信号，单位ns。“Short gate”代表控制短电荷积分范围的门信号。“Pre-gate”即是Gate offset（门信号起始位置至Pre-Trgger的时间差）。 将“Gate” 和“Short gate”合理设置，如图13所示，能够开展粒子鉴别、区分工作。

        对Trapezoid介绍，该选项的设置会直接影响最终结果的分辨率。因此，用户需要注意两点：1、检查梯形形状正确。2、预估梯形平顶区域的能量值(见峰值)。以下讨论两种模式下，Trapezoid的用法（低计数率以及高计数率的情况）。在开始之前，用户需要先设置“Trap. pole zero”值，保证Trapezoid信号后沿落在基线上。用户需根据前置放大器PA的衰减时间调整 “Trap. pole zero”值。根据Trapezoid信号的Baseline来做调整（zoom信号），如图14所示，列举了“Trap. pole zero”值设置过高和过低两种情况以及合理设置的情况。

        第一种“low rate”低计数率情况（Hz），推荐“Trap. rise time”设置一个较大的值，例如6us左右，对应于成形时间2-3us。其值设置范围在0到16us步长16ns。“Trap. flat top”值（平顶持续时间）大约设置在1us左右（要确保平台是平的），“Trap. rise time”与“Trap. flat top”两者的和不能超过16us。如需计算平均能量，得调整“Peaking time”（平台持续时间百分比0%至100%，步长为0.1%）和“Ns peak”（平均能量计算所用采样点，1，4，16，64可选）的值。“Peak holdoff”代表两个梯形信号被认为是堆积的最短时间差。最后，对于“low rate”情况，用户可以尝试将input tab中“Ns baseline”采样点数目提到最高，这样计算更加精确。图15为“low rate”情况下，input和Trapezoid tab设置以及Trapezoid信号示意图。

        另一种“high rate”高计数率情况（10kHz），推荐“Trap. rise time”设置较小，例如3-4us。若要求20kHz以上计数率，则将“Trap. rise time”设置为1us。“Trap. flat top”值也设置为1us（同样要确保平台是平的）。最后，对于“high rate”情况，用户需要降低input tab中“Ns baseline”采样点数目。图16为“high rate”情况下，input和Trapezoid tab设置以及Trapezoid信号示意图。

1.2.4“Spectra”tab介绍

        Spectra tab列举了所有能谱和对应的量程属性，如图17。其中，能谱Energy N channels有以下几个选项：256，512，1024，2048，4096，8192以及16384。粒子鉴别PSD N channels有以下几个选项：1024，2048，4096，8192以及16384。时间timestamp谱Time Intervals和时间间隔Start-Stop Δt N channels有以下几个选项：100，200，500，1000，2000，5000，10000。2D Energy/2D PSD N channels可选128，256，512，1024。

1.2.5“Rejections”tab介绍

        通过Rejection tab，用户能够对能谱数据进行选择。该过程中，数据选择可以同时引入多个参数。接下来介绍两种数据选择方法：

（1）直接点击"剪切"图标在能谱上进行选择，随后会出现一个光标，用户需使用光标选取直方图中两个点作为“Low Cut”和“Hight Cut”。最后点击完成数据选择，如图18所示。

（2）通过图形用户界面“Rejections”对能谱进行选择，如图19所示。其中，“Energy cut”、“PSD cut”、以及“Time intervals cut”分别代表对不同能谱进行数据选择。“Saturation rejection enable”代表默认丢弃输入动态饱和事件（PSD对应Long & Short gate的积分信号；PHA对应梯形信号幅度）；“PUR enable”指的是拒绝信号堆积；“PUR gap”指的是用户定义信号堆积的能量差值。当所有参数定义好并进行数据处理后，用户存储的数据模式分为两种，“Unfiltered”data以及“Filtered”data，分别代表cut前后的数据。并且，若用户默认选择“Saturation rejection enable”和“PUR enable”，则丢弃的数据不会在list、能谱以及“Filtered”data中出现。

1.2.6“Energy Calibration”tab介绍

        “Energy Calibration”tab如图20所示，C0、C1、C2为能量校准参数（只读）。

        ADC channel定标由“Calibration Setup”决定，点击图标。其中，Type有线性和二次函数两种模式，Energy Unit有keV和MeV两种模式。将直方图中峰值位置作为定标点，左键点击峰的中心，输入对应ADC道数的能量；点击“Add”按钮；另选2-3个点重复上述工作，线性模式最少2个点；二次函数模式至少3个点。最后，通过“View fit”选项能够观察到定标的拟合曲线，点击选项以应用，其过程如图21, 22所示。

1.2.7“Sync/Trg”tab介绍

        “Sync/Trg”tab参数如图23所示，“External clock source”通过前面板CLK IN接受外部时钟。“Start mode”代表选取获取模式，有以下几种：（1）Software：start/stop命令通过点击相应按钮（不适用于多板卡系统）（2）S_IN/GPI controlled：对于DT而言是GPI）：与外部输入信号同步。（3）First TRG controlled：起始于第一个触发信号，手动终止。用户可通过“TRG OUT mode”选取信号输出，选项有以下几种：（1）0 level test signal，输出低电平测试信号；（2）1 level test signal，输出高电平测试信号；（3）External Trigger，输出外部触发；（4）Software Trigger，输出软件触发。

        “Start delay”代表在主次板卡间设置延时（多板卡系统）。通过“Channel time offset”对板子个通道设置时间补偿，可用于多板卡同步情况下延时的微调。

1.2.8“Onboard coincidences”tab介绍（多通道信号符合）

        “Onboard coincidences”tab如图24所示，用户可以通过配置得到以下符合模式：

（1）Paired AND：当两相邻通道信号AND逻辑为真，事件将被获取。例如，Ch0 & Ch1或者Ch2 & Ch3等。

（2）Ch0 AND any：Ch0通道通过信号自触发（Trigger的时间信息）完成事件获取。而其他通道信号符合则是通过与Ch0信号逻辑AND判断真假（真输出；假不输出）。例如，Ch0 & Ch1 // Ch0 & Ch2 // Ch0 & Ch3等。

（3）Ch0 veto：Ch0通道通过信号自触发完成事件获取。而其他通道则是通过反符合的方式与Ch0信号符合，即Ch0为真，则其他通道信号不获取。

（4）TRG IN level gate：TRG IN信号作为所有通道的外部触发信号，该信号的持续时间作为获取窗的宽度，Coinc. Window不再使用。

（5）TRG IN level veto：TRG IN信号作为所有通道的外部触发信号（veto），该信号的持续时间作为获取窗的宽度，Coinc. Window不再使用。

Coinc. Window选项为设置符合的时间门宽。需要注意的是，在“Onboard coincidences”tab中的操作，只有达到上述符合标准的事件才会被收集；而没有达到符合标准的事件会丢弃。这可能导致重要数据的丢失。而在“Time Selection”tab中操作，Filtered和Unfiltered数据都会被存储下来，不会有数据丢失。

1.2.9“Miscellaneous”tab介绍

“Miscellaneous”tab设置如图25所示，该tab允许用户进行以下命令操作：

（1）Label：通过更改标签，用户可以重新编辑通道名字。

（2）FPIO type：用户可以选择信号的类型：NIM，TTL

（3）Rate optimization：在输入信号频率很低的情况下（小于100Hz），需要设置一个较小的值来优化计数。在“Wave”模式下会自动评估一个合适的值。

1.2.10“Register map”tab介绍

        “Register map” tab如图26所示，用户能够直接在firmware固件上操作。用户可以选择界面左侧下拉菜单的寄存器，或者直接输入对应的地址值。通道能够通过右侧Ch进行选择。如果该寄存器地址只读，则只有Read选项可选，点击Read选项，寄存器的值则会在Value栏输出；如果该寄存器地址只可写入，则只有Write选项可选，用户能够写入所需的值作为寄存器值，然后点击Write选项。如果寄存器Read/Write供选择，则以上两种操作均可以实现。Tab的第三行展示了所选寄存器的映射，显示了每一位的值，并包括相关功能的简单描述。用户能够通过Save register map to disk将所有的寄存器映射表存储在disk上。

1.3 “Time Selection”标签界面介绍

        “Time Selection”标签允许用户通过时间对事件进行选择，如图27所示。该操作固件寄存器不会修改，事件只是基于软件层面关联，所以数据不会受到影响，Filtered和Unfiltered的据均会存储下来。而“Onboard coincidences”tab中，只有达到符合标准的事件才会被收集；而没有达到符合标准的事件会丢弃，导致数据丢失。通过Correlation下拉菜单，用户能够选择以下选项：

（1）Disable：各通道无关联

（2）Paired AND：通过软件使相邻两通道关联（Ch0 & Ch1或者Ch2 & Ch3等），再计算时间差Δt = TChn+1 - TChn

（3）Ch_ref AND any：该功能与传统模拟电子学TDC一致。其中，一个通道信号提供参考时间（Tstart），其他通道信号作为停止信号（Tstop）。用户需要在Reference channel中选择起始信号的通道数，关联窗口的宽度（us）在Correlation window中设置。

（4）Ch_ref veto：其中一路信号作为veto，影响其他各路信号。即关联窗口要小于Filtered事件与Reference事件的时间差。

（5）Bd_ref veto：其中一个采集卡作为veto，影响其他各采集卡。

1.4 “Statistics”标签界面介绍                  

        “Statistics”标签如图28所示，有利于用户监控数据采集情况，若要以科学计数法表示，需选择右上侧图标。

（1）Real Time：数据获取的实际时间。

（2）ICR：事件传输速率（探测器→采集卡）

（3）Thoughtput：数据传输速率（采集卡→笔记本）

（4）Saturation：超出输入动态范围导致事件饱和的速率（正信号或负信号）

（5）PUR：事件堆积速率（需要在The Rejection Tab enable）

（6）ECUT/PSDCUT/TCUT REJ：未通过Energy/PSD/Time筛选的事件速率（需要在The Rejection Tab enable）

（7）SINGLES：未通过软件时间关联的事件速率（需要在The Time Selection Tab enable）

（8）ORC：通过cut筛选的事件速率，并填充直方图。

1.5“Plotter window”界面介绍

        用户可通过点击打开“Plotter window”界面，其图标栏如图29所示。该界面能够一次性打开6个不同直方图，其中，只能出现一个波形直方图（相当于示波器），一个散点图（二维分布图）。接下来介绍该界面的使用教程。

1.5.1 Energy Histogram能谱绘图界面介绍

能谱绘图界面各图标对应以下功能：

        另外，能谱直方图范围的设置是（Energy）在“Settings”标签下的“Spectra”tab。

1.5.2 Time Histogram时间谱绘图界面介绍

        Time Histogram时间谱的图标功能基本与Energy Histogram能谱的一样（除了定标功能无效以外），如图32。另外，x轴单位可以选择为ns、us以及ms，时间直方图范围的设置是（Time intervals）在“Settings”标签下的“Spectra”tab。

1.5.3 TOF Histogram飞行时间谱绘图界面介绍

        TOF Histogram飞行时间谱的图标功能基本与Time Histogram时间谱的一样，如图33。除了cut是用“Correlation Window”下的“时间关联窗”进行设置。另外，x轴单位可以选择为ns、us以及ms，时间直方图范围的设置是（Start/stopΔt）在“Settings”标签下的“Spectra”tab。

1.5.4 PSD Histogram谱绘图界面介绍

    PSD Histogram谱的图标功能基本与Energy Histogram能谱的一样，如图34所示（除了定标功能无效以外）。直方图范围的设置是（PSD）在“Settings”标签下的“Spectra”tab。

1.5.5 Scatterplot Histogram谱绘图界面介绍

        PSD Histogram谱的图标功能基本与Energy Histogram能谱的一样，如图35所示。2D直方图范围的设置是（2D Energy/2D PSD）在“Settings”标签下的“Spectra”tab。

1.5.6 Save the spectra存谱

        用户能够通过以下两种模式存储Energy，PSD，Time和TOF谱，设置界面如图36所示：

（1）在run结束后将所有谱存储下来。

（2）周期性存储（最小时间间隔为10s），在Periodic spectra saving every中进行设置。

在数据采集完成后，每一个通道的相关数据（能量、时间、PSD等）将以txt格式存储在“DAQ\run\Filtered or Unfiltered”中，如图37所示。若用户没有对原始数据进行cut处理，数据仅存在Unfiltered中。