2012年，欧洲核子中心(CERN)宣布其大型强子对撞机LHC上的ATLAS和CMS实验同时发现Higgs玻色子，这个重要成果直接获得了2013年的诺贝尔物理学奖。而整个粒子物理基础科学也伴随着这一历史性的重大物理发现迎来了一个崭新的时代。LHC实验的下一步科学目标是精确测定Higgs粒子同时寻找超出标准模型以外的新粒子和新现象。为实现这一宏大的物理目标，整个LHC将进行大规模地升级，升级后的LHC将被命名为High-Luminosity LHC(HL-LHC)，并预期于2026年之后上线运行。
　　升级之后，HL-LHC的亮度将从当前的l×1034cm-2s-1提升为7×1034cm-2s-1。如此高的亮度带来的高事例率将会超过现行ATLAS Muon谱仪的设计极限。因此，ATLAS也将同步地进行升级，这一战略升级将分为两个阶段，PhaseⅠ和PhaseⅡ。其中ATLAS升级的PhaseⅠ的主要工作就是升级其Muon谱仪的端盖区域，将Small Wheel替换为New Small Wheel(NSW)，并将NSW也加入到触发链路中，和Big Wheel协同进行触发。升级后的NSW将采用sTGC探测器技术作为主要的触发探测器。
　　ATLASPhase-Ⅰ升级中，中国科学技术大学作为中国的代表之一，以主要参与方的身份加入ATLAS NSW升级，负责全部sTGC前端电子学的设计与生产任务。
　　本文将详细介绍ATLAS NSW升级的背景，分析sTGC探测器前端电子学的各种设计需求与关键技术，最终完成sTGC前端电子学的设计与改进。设计完成的sTGC前端电子学系统将超过40万通道，同时具有抗辐照、抗强磁场、低延时、高数据率等重要特征。
　　本文也将分析测试需求，并介绍测试系统的搭建。由于整个NSW sTGC电子学总系统非常庞大，而sTGC前端电子学作为其中最重要的一部分，需要与各种后端电子学相互兼容、协同工作。因此有必要设计一套独立便携的测试系统，替代庞大的整套后端系统，用于验证sTGC FEB的功能。
　　最后，本文将详细介绍sTGC FEB的电子学测试、探测器联合测试、系统集成测试等诸多测试以及结果。测试结果表明，sTGC前端电子学的设计成功满足各种设计指标要求。
　　本文的注意创新点如下:
　　(1)首次为新型sTGC探测器成功研制高密度、高精度、低噪声、高事例率的前端电子学。将模拟放大、数字化、触发、高速通信等全部功能集成在单块前端电子学板上。每块前端板最大通道数可达512通道，单通道事例率可达1MHz，等效噪声电荷小于1fC。这是目前国内外应用于同类型气体探测器的性能最好的前端电子学系统。
　　(2)设计并实现了一种新型高效低噪声电源，成功解决了高功率条件下，高效率与低噪声难以兼得的技术难题。其噪声水平仅为180μVRMS，远低于普通商业解决方案。该电源同时具有抗辐照和抗强磁场的特性。基于该新型电源，成功将sTGC前端板的电子学噪声控制在1fC ENC水平，满足了设计指标的要求。
　　(3)sTGC前端电子学首次应用于NSW所有尺寸的sTGC探测器测试与读出，并且以极高的通道事例率处理能力（40万通道，每通道1MHz事例率）为整个LHC加速器对后续上帝粒子的深入研究提供了可能。