LHAASO WCDA前端電子學(xué)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口的研究.pdf

1、宇宙線是來自于外太空的高能粒子流，包含著很多粒子成分，是我們探索宇宙，了解宇宙的主要介質(zhì)。高能宇宙線物理是通過對(duì)高能宇宙線粒子攜帶著的豐富信息的研究探尋宇宙的歷史、天體的演化、空間的環(huán)境和許多未解的科學(xué)之謎，這可以幫助人類建構(gòu)宇宙起源模型。
　　大型高海拔空氣簇射觀測站（Large High Altitude Air Shower Observatory，縮寫為LHAASO）位于海拔4300米的高原地區(qū)，占地面積1平方千米，用于全

2、天的γ粒子天文學(xué)探測。
　　水切倫科夫探測器陣列是LHAASO實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。它供包含3600個(gè)光電倍增管，這些光電倍增管平均分布在4個(gè)探測器水池中，每個(gè)水池長寬均為150米。每個(gè)水池中含有100個(gè)前端電子學(xué)。
　　LHAASO WCDA前端電子學(xué)(Front End Electronics，F(xiàn)EE)主要完成電荷和時(shí)間信息的測量，并將其數(shù)字化后的結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(Data AcquisitionSystem，DAQ

3、)。DAQ主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字化結(jié)果信息進(jìn)行分析、判選、存儲(chǔ)。
　　數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口是前端電子學(xué)的重要組成部分。它主要將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于TCPIP協(xié)議的數(shù)據(jù)封裝并經(jīng)過光纖傳送回DAQ。同時(shí)，它還需要將DAQ發(fā)來的命令進(jìn)行譯碼，并從GTX模塊中恢復(fù)出時(shí)鐘并實(shí)現(xiàn)各FEE節(jié)點(diǎn)同步。
　　由于LHAASO WCDA具有大尺度空間下的多節(jié)點(diǎn)分布特性，探測器總面積達(dá)90000平方米，通道數(shù)多達(dá)3600路，在此采用“無硬件觸發(fā)”的構(gòu)架。相

4、比傳統(tǒng)的觸發(fā)判選機(jī)制，“無觸發(fā)”無需將硬件觸發(fā)電子學(xué)產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)回送至前端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效數(shù)據(jù)讀出，省去了觸發(fā)信號(hào)的專用傳輸通路，因此簡化了大尺度多節(jié)點(diǎn)情況下的電子學(xué)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，基于計(jì)算機(jī)陣列中的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的觸發(fā)判選，也提高了觸發(fā)判選的靈活度。當(dāng)然，無觸發(fā)的構(gòu)架對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬和數(shù)據(jù)傳輸可靠性提出了更高的要求，這將成為數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)。
　　本文將針對(duì)大范圍多節(jié)點(diǎn)分布式結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究討論，論

5、文的結(jié)構(gòu)安排如下:
　　第一章作為緒論，主要介紹了LHAASO的實(shí)驗(yàn)背景，科學(xué)目標(biāo)，以及LHAASOWCDA讀出電子學(xué)的整體結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線以及需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。
　　第二章主要對(duì)國內(nèi)外大型物理實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)以及時(shí)鐘對(duì)齊的方法進(jìn)行了調(diào)研對(duì)比，從而為LHAASO WCDA讀出電子學(xué)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口模塊的設(shè)計(jì)提供重要參考。
　　第三章主要根據(jù)LHAASO WCDA讀出電子學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率及時(shí)鐘的要求，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘

6、接口的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了相應(yīng)的討論。內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于嵌入式系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議封裝的討論以及對(duì)時(shí)鐘恢復(fù)及相位調(diào)整電路的討論。
　　第四章主要介紹了具體電子學(xué)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口中，每個(gè)部分的電子學(xué)電路都進(jìn)行了具體的描述。
　　第五章對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘接口進(jìn)行了相應(yīng)的性能測試?；跇?biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)率測試結(jié)果達(dá)到230Mbps，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的預(yù)期要求。
　　第六章是本文的總結(jié)與展望。主要針對(duì)現(xiàn)有的工作進(jìn)行