检索结果-南通市图书馆

作者：张凡华中师范大学

学位级别：硕士

随着ASIC技术的高速发展,现场可编程逻辑器件(Field Programmable GateArray,简称FPGA)在高能物理探测器上的使用越来越普遍。大型强子对撞机(LargeHadron Collider,简称LHC)是目前世界上能量最高的物理实验科学装置。大型重离子实验(A ... 详细信息

随着ASIC技术的高速发展,现场可编程逻辑器件(Field Programmable GateArray,简称FPGA)在高能物理探测器上的使用越来越普遍。大型强子对撞机(LargeHadron Collider,简称LHC)是目前世界上能量最高的物理实验科学装置。大型重离子实验(A Large Ion Collider Experiment,简称ALICE)是LHC上四大物理实验之一。我校夸克与轻子物理教育部重点实验室是LHC/ALICE实验组的国际合作单位之一,参与了ALICE物理研究工作和子探测器上部分电子学系统的研制、设计、生产、测试和调试等任务。电磁量能器(Electro Magnetic Calorimeter,简称emcal)是ALICE上的子探测器。本文的工作就是为emcal电子学系统中的前端电子学板(Front End Card,简称FEE)和触发区域单元(Trigger Region Unit,简称TRU)上的FPGA设计固件。emcal是一种取样量能器,由12672个塔形探测单元(简称Tower)组成。每个Tower由77层铅和塑料闪烁体相间堆砌而成,闪烁光由内嵌在Tower中与闪烁体垂直的波长位移(Wave Length Shift,简称WLS)光纤读出。WLS光纤输出端直接连接到雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,简称APD)的光敏端,由紧贴在APD信号输出端的电荷灵敏前置放大器(Current Sensitive Pre-amplifier,简称CSP)进行预放大,每32路相邻CSP的输出信号通过扁平电缆传输到同一块FEE板上,由FEE板对其进行再放大、整形、模数变换等处理。FEE板上的FPGA器件负责控制FEE板上的所有器件,为FEE板提供各种必要的通信接口、确保FEE板上各子模块的正确运行、实现与FEE板自身安全相关的各种逻辑。FEE板还具有快整形电路单元,它对相邻4路来自CSP的信号进行相加后得到脉宽为100ns的信号,该信号被称为fast-or信号。fast-or信号会直接输出到TRU,由TRU做进一步处理。TRU是一个局域性的触发单元,每个TRU通过综合分析来自12块FEE板的96路fast-or信号(相当于384个Tower)来得到一个零级触发信号(level-0)。所有TRU输出的level-0信号由更高一级的触发单元汇总再做分析。在TRU单元中,FPGA器件不仅要提供各种必要的通信接口、实现与TRU单元自身安全相关的各种逻辑,还需要实时处理TRU上12个8通道高速串行模数转换器输出的480Mbit/s的数据流,产生高达40MHz的level-0信号。本文的主要工作分为四个部分。第一部分是为FEE和TRU共同设计了通用的核心级系统;第二部分是专门为FEE设计的稀疏读取模块;第三部分和第四部分是专门为TRU设计的串行模数转换器调试模块和可调试相移模块。这四部分的工作具体描述如下:(1)通用核心级系统。emcal探测器的研制是一个长期的过程,在其研制过程中会不断进行系统功能升级。在电子学系统中,对FPGA固件的升级比对硬件电路的升级要快得多,并且,耗费的财力和人力要少的多。因此,可扩展性是衡量FPGA固件的重要指标之一。为了在原FEE固件中增加新的功能、对原有功能进行优化,需要对原固件的系统构架进行重新设计。另外,通过对FEE和TRU的对比研究发现,FEE和TRU与上位机的通信总线是相同的,并具有类似的板级监控机制。而我校又同时承担着FEE的FPGA固件升级和TRU的FPGA固件设计两项任务。因此,设计一个FEE和TRU的通用核心级系统是必要的,也是可行的。该通用核心级系统仅实现FEE和TRU的通用功能,核心目的是为FEE和TRU提供可扩展性强的通用系统构架,以便随时在此构架下为FEE和TRU添加其特殊的功能模块。(2)稀疏读取(Sparse Readout)模块。探测器数据获取系统(DAQ)读取数据的过程中,探测器的电子学不能记录新发生的事件,这段时间被称为死时间。减少死时间是探测器电子学系统关心的重要课题之一。在emcal探测器中,死时间主要花费在读取ALTRO芯片各信号通道的缓冲区上。据研究表明,对于一个有效的触发事件,在LHC的铅-铅碰撞实验中,有约38%的缓冲区是空的;在质子-质子碰撞实验中,有约88%的缓冲区是空的。在DAQ读取ALTRO芯片信号缓冲区时,寻址这些无数据的缓冲区浪费了大量的时间。为此,在FEE的FPGA中实现了可选择性采用的稀疏读取机制。在采用稀疏读取模式时,FPGA中的稀疏读取模块会在合适的时候扫描所有的缓冲区,通知DAQ只读取有数据的通道,从而减小emcal探测器

关键词： emcal FEE TRU FPGA 固件设计

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High pt and photon physics with ALICE at LHC

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Chinese Physics C 2010年第9期34卷 1383-1386页

作者：周代翠万仁卓毛亚显 Y.Schutz 王梦亮马科王亚平殷中宝蔡勖 Y.Kharlov G.Conesa C.Roy Institute of Particle Physics Huazhong Normal UniversityKey Laboratory of Quark & Lepton Physics (Ministry of Education) Institute Pluridisciplinaire Hubert Curien University of Strasbourg Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie CERN Institute for High Energy Physics(Russia)

ALICE,A Large Ion Collider Experiment,is dedicated to study the QCD matter at extreme high temperature and density to understand the Quark Gluon Plasma （QGP） and phase ***-transversemomentum photons and neutral mesons from the initial hard scattering of partons can be measured with ALICE calorimeters,PHOS （PHOton Spectrometer） and emcal （ElectroMagnetic CALorimeter）.Combing the additional central tracking detectors,the γ-jet and π 0-jet measurements thus can be *** measurements offer us a sensitive tomography probe of the hot-dense medium generated in the heavy ion *** this paper,high p T and photon physics is discussed and the ALICE calorimeters capabilities of high-transverse-momentum neutral mesons and γ-jet measurements are presented.

关键词： ALICE experiment PHOS emcal Jet quenching γ-jet measurement

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