重組式數(shù)據(jù)鏈讀出技術(shù)研究——BESⅢ Muon讀出電子學(xué)系統(tǒng)升級(jí).pdf

1、在高能物理實(shí)驗(yàn)前端電子學(xué)日趨數(shù)字化的今天，其讀出系統(tǒng)大多都是由前端板、數(shù)據(jù)傳輸電纜、光電轉(zhuǎn)換板、光纖和后端的VME讀出插件組成。為了追求更高的性價(jià)比，以及減小傳輸電纜在譜儀中占據(jù)的體積，在一些高能物理實(shí)驗(yàn)中，其前端讀出系統(tǒng)都是把前端板以串行數(shù)據(jù)鏈的方式組織起來(lái)并將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。然而這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M織結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，即如果數(shù)據(jù)鏈中的某一塊前端板發(fā)生故障不能工作，則串行數(shù)據(jù)回傳就會(huì)中斷，致使整條數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)全部丟失

2、。從而使一個(gè)探測(cè)器的某一個(gè)區(qū)域全部成為數(shù)據(jù)的盲點(diǎn)。
　　為了解決這一問(wèn)題，本論文提出了重組式數(shù)據(jù)鏈讀出技術(shù)研究的方法。該方法可以剔除和隔離數(shù)據(jù)鏈中損壞的前端板，重新組織已損壞的數(shù)據(jù)鏈，把原來(lái)整個(gè)數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)損失減少到某一塊故障板的數(shù)據(jù)損失。從而達(dá)到了減少運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)損失和維修量的目的。這在工程實(shí)用性和學(xué)術(shù)研究上都有著重要的意義。
　　重組式數(shù)據(jù)鏈讀出技術(shù)研究將在BESⅢμ子鑒別器讀出電子學(xué)系統(tǒng)上進(jìn)行，研究的主要內(nèi)容為重組

3、式數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及重組式數(shù)據(jù)鏈前端板的穩(wěn)定性與可靠性設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)研究?jī)?nèi)容，我們?cè)贐ESⅢμ子鑒別器前端電子學(xué)讀出系統(tǒng)升級(jí)的基礎(chǔ)上，使用了以下4種技術(shù)手段。首先，增強(qiáng)前端板前端保護(hù)電路的性能，以減小前端板損壞的可能。其次，抗輻射抗干擾的高可靠性反熔絲FPGA的使用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈中串行數(shù)據(jù)重組的功能;再次，前端板上各個(gè)器件的電流使用情況都采用了專門電源管理芯片進(jìn)行監(jiān)控，保證了前端板不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)器件的短路而致使整條數(shù)據(jù)鏈停止工作;最

4、后，對(duì)關(guān)鍵器件采用冗余設(shè)計(jì)，更加提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
　　與國(guó)內(nèi)外同類型實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)相比，本論文設(shè)計(jì)的改進(jìn)后的電子學(xué)系統(tǒng)方案具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
　　1.針對(duì)RPC探測(cè)器打火現(xiàn)象，在RPC探測(cè)器的前端電子學(xué)板(FEC)上使用兩級(jí)正反向二極管進(jìn)行保護(hù)，在國(guó)外高能物理實(shí)驗(yàn)的RPC前端讀出電子學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中尚屬首次。
　　2.數(shù)據(jù)鏈可重組式的設(shè)計(jì)，以提高數(shù)據(jù)鏈的可靠性，減少數(shù)據(jù)損失，未見過(guò)相關(guān)報(bào)道。
　　3.通過(guò)

5、對(duì)甄別閾設(shè)置電路的改進(jìn)，使得各前端板間甄別閾一致性得到了提高。
　　4.反熔絲FPGA的使用進(jìn)一步提高了安裝在探測(cè)器內(nèi)部的前端板的抗輻射能力以及穩(wěn)定性。
　　5.電源監(jiān)控芯片的使用保證了前端板上各器件的相互獨(dú)立性，不會(huì)因?yàn)橛捎谀硞€(gè)器件短路而導(dǎo)致整個(gè)前端板不能工作的情況發(fā)生。
　　6.關(guān)鍵器件的冗余設(shè)計(jì)提高了前端板的容錯(cuò)能力，保證了意外損壞出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備仍能正常工作。
　　目前，重組式數(shù)據(jù)鏈讀出技術(shù)的研究已經(jīng)完成了前