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

1、在高能物理實驗前端電子學日趨數(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，在一些高能物理實驗中，其前端讀出系統(tǒng)都是把前端板以串行數(shù)據(jù)鏈的方式組織起來并將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進行數(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、。從而使一個探測器的某一個區(qū)域全部成為數(shù)據(jù)的盲點。
　　為了解決這一問題，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，把原來整個數(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。從而達到了減少運行過程中的數(shù)據(jù)損失和維修量的目的。這在工程實用性和學術(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系統(tǒng)上進行，研究的主要內(nèi)容為重組

3、式數(shù)據(jù)鏈的設計與實現(xiàn)，以及重組式數(shù)據(jù)鏈前端板的穩(wěn)定性與可靠性設計。為了實現(xiàn)研究內(nèi)容，我們在BESⅢμ子鑒別器前端電子學讀出系統(tǒng)升級的基礎上，使用了以下4種技術(shù)手段。首先，增強前端板前端保護電路的性能，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，前端板上各個器件的電流使用情況都采用了專門電源管理芯片進行監(jiān)控，保證了前端板不會因為某個器件的短路而致使整條數(shù)據(jù)鏈停止工作;最

4、后，對關(guān)鍵器件采用冗余設計，更加提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
　　與國內(nèi)外同類型實驗中的設計相比，本論文設計的改進后的電子學系統(tǒng)方案具有以下幾個特點:
　　1.針對RPC探測器打火現(xiàn)象，在RPC探測器的前端電子學板(FEC)上使用兩級正反向二極管進行保護，在國外高能物理實驗的RPC前端讀出電子學系統(tǒng)的設計中尚屬首次。
　　2.數(shù)據(jù)鏈可重組式的設計，以提高數(shù)據(jù)鏈的可靠性，減少數(shù)據(jù)損失，未見過相關(guān)報道。
　　3.通過

5、對甄別閾設置電路的改進，使得各前端板間甄別閾一致性得到了提高。
　　4.反熔絲FPGA的使用進一步提高了安裝在探測器內(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立性，不會因為由于某個器件短路而導致整個前端板不能工作的情況發(fā)生。
　　6.關(guān)鍵器件的冗余設計提高了前端板的容錯能力，保證了意外損壞出現(xiàn)時，設備仍能正常工作。
　　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