LHAASO WCDA前端電子學(xué)數(shù)據(jù)傳輸及時鐘接口的研究.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實驗的重要組成部分。它供包含3600個光電倍增管，這些光電倍增管平均分布在4個探測器水池中，每個水池長寬均為150米。每個水池中含有100個前端電子學(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)對數(shù)字化結(jié)果信息進(jìn)行分析、判選、存儲。
　　數(shù)據(jù)傳輸及時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，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)出時鐘并實現(xiàn)各FEE節(jié)點同步。
　　由于LHAASO WCDA具有大尺度空間下的多節(jié)點分布特性，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)信號回送至前端節(jié)點進(jìn)行有效數(shù)據(jù)讀出，省去了觸發(fā)信號的專用傳輸通路，因此簡化了大尺度多節(jié)點情況下的電子學(xué)結(jié)構(gòu)。同時，基于計算機陣列中的軟件進(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)傳輸及時鐘接口設(shè)計的技術(shù)難點。
　　本文將針對大范圍多節(jié)點分布式結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸及時鐘接口的設(shè)計進(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的實驗背景，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)。
　　第二章主要對國內(nèi)外大型物理實驗中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)以及時鐘對齊的方法進(jìn)行了調(diào)研對比，從而為LHAASO WCDA讀出電子學(xué)數(shù)據(jù)傳輸及時鐘接口模塊的設(shè)計提供重要參考。
　　第三章主要根據(jù)LHAASO WCDA讀出電子學(xué)對數(shù)據(jù)傳輸率及時鐘的要求，對數(shù)據(jù)傳輸及時鐘

6、接口的設(shè)計方案進(jìn)行了相應(yīng)的討論。內(nèi)容包括對數(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時鐘恢復(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)的實現(xiàn)。對數(shù)據(jù)傳輸及時鐘接口中，每個部分的電子學(xué)電路都進(jìn)行了具體的描述。
　　第五章對數(shù)據(jù)傳輸及時鐘接口進(jìn)行了相應(yīng)的性能測試。基于標(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)到了實驗的預(yù)期要求。
　　第六章是本文的總結(jié)與展望。主要針對現(xiàn)有的工作進(jìn)行