BES-ⅢTOF子触发系统触发判选功能在可编程逻辑器件中的实现

北京正负电子对撞机谱仪的飞行时间计数器触发子系统,需从前端读出电子学接收368 bits快时间击中信号,按物理实验要求的触发逻辑产生7 bits触发条件信息,实时发送给主触发逻辑,以产生一级触发信号L1;并向径迹配对逻辑实时发送136 bits位置信息,以推算粒子飞行径迹;同时根据L1信号对事例进行判选、组装,向DAQ系统提供所有有效事例的数据包,以供离线分析.我们对该系统研制秉持可重构的设计理念,大量使用可编程逻辑器件FPGA,增加设计的灵活性和可靠性,减小印刷电路板设计的复杂度,节省PCB布板空间.本文介绍主触发处理FPGA中核心触发逻辑功能的设计与实现.     

基于LVDS技术的高密度信号同步传输在BESIII TOF触发子系统中的实现

在北京谱仪BESIII升级改造工程TOF触发子系统的设计中,提出了采用LVDS电平扇出触发处理结果的方案,以获得足够的驱动以及抗干扰能力.考虑到传输数据量非常大,为了节省空间以及提供传输效率,决定引入并串/串并转换传输技术并设计了相应的接收板对其进行深入研究.通过结合FPGA中FIFO的同步功能设计,成功实现了多通道LVDS并串/串并转换传输的同步接收,从而在一个9U VME背板总线后插数据传输模块上完成了全部TOF触发处理结果的高密度同步输出.同时也为复杂仪器系统中高速大量数据的实时同步传输和接收提供了一个可靠且高效的解决方案.     

BESⅢ漂移室宇宙线测试击中的空间位置计算

宇宙线测试是北京谱仪BESⅢ漂移室建造过程中的重要环节,测试联合BESⅢ电子学、数据获取、触发判选等系统共同进行.BESⅢ数据获取系统在数据获取期间需要实时监测事例数据,其中单事例显示是在线监测的一种重要手段.本文主要介绍了宇宙线测试系统单事例显示中事例径迹击中的空间位置计算方法.     

MRPC 宇宙线测试技术研究

采用宇宙线测试系统,同时测量两个空间位置对齐的多气隙电阻板室.采用两种不同的事例挑选方法对两个室的性能进行了分析.结果表明,当选取近乎垂直入射的事例时,MRPC的时间分辨、雪崩信号比例等各项性能均得到提高.还研究了pad间串扰对MRPC性能的影响.     

高精度事例时刻标定插件的设计

介绍了BESⅢ触发系统高精度事例时刻标定插件的设计与实现,该插件可对触发系统产生的好事例判选信号L1*打上精确的时间标签。插件采用GPS授时方案;支持VME总线读写操作及CBLT在线数据读出;所有逻辑功能在FPGA中实现。最后给出了时间标签信息的输出结果,插件的设计达到了预期的设计目标。     

BES III触发系统与TOF读出电子学系统控制信号的远距离传输

介绍了BES Ⅲ改造工程中主触发系统与飞行时间计数器电子学系统之间的控制命令以及状态信号的远距离同步传输问题的解决方案。该电路基于高速光纤传输,采用现场可编程门阵列芯片和专用芯片,具备自动纠错和从错误中自动恢复的能力,设计可靠、灵活,通过测试证明符合北京谱仪的需求。     

BES Ⅲ触发系统与TOF读出电子学系统控制信号的远距离传输

介绍了BESⅢ改造工程中主触发系统与飞行时间计数器电子学系统之间的控制命令以及状态信号的远距离同步传输问题的解决方案。该电路基于高速光纤传输，采用现场可编程门阵列芯片和专用芯片，具备自动纠错和从错误中自动恢复的能力，设计可靠、灵活，通过测试证明符合北京谱仪的需求。     

八通道串行FADC的波形取样电路的初步设计

介绍了一种用于高能物理实验系统的串行的八通道FADC波形取样电路的设计考虑和工作过程.侧重介绍了波形采样原理,并使用FPGA完成串并转换和流水线缓冲存储.     

阵列探测器L1触发系统加法电路优化设计

针对兰州重离子加速器外靶终端硅微条阵列探测器L1触发系统,设计了一个基于Xilinx7系列FPGA芯片的改进加法逻辑电路,利用快速进位链结构,对加法电路模块进行优化。对优化后加法电路结构和同类传统加法电路比较,并对逻辑时延进行和结构性能建模分析。仿真和测试结果表明:优化后模块逻辑时延3 ns左右,相比传统加法逻辑,系统死时间低,有效采集事例率高,能够满足L1触发系统的要求。     

同步加速器束流能量自动切换控制系统

带电粒子放射治疗中3D主动治疗方式需要不同的束流能量照射不同的病灶切面,这就需要同步加速器控制系统能实现多级束流能量的自动切换控制并提供接口对接治疗计划进行自动变能控制。本文开发了同步加速器束流能量切换控制系统,同步加速器的前端服务器中存储着执行1个同步加速器加速周期所需的全部控制数据集,其中控制数据通过索引标号对其进行区分,同步事例信息是同步加速器多级束流能量切换的触发信号。当前端控制器被同步时间系统的同步事例触发激活后,从DSP波形发生器的SDRAM空间中读出磁铁电源、高频等控制数据进行数据切换。同步事例信号包含同步触发信息、束流能量控制数据的索引信息和控制数据的更新操作信息。多级束流能量自动切换控制系统能实现255级束流能量间自动切换控制（碳束能量在50～500 MeV间切换,步长可控制在1.77 MeV）,完全能满足实际中碳束能量在50～500 MeV间以10 MeV为步长的自动切换控制。     

一种特殊的北京谱仪事例起始时间计算方法介绍

阐述了一种特殊的北京谱仪III(BESIII)事例起始时间计算方法的基本原理和算法结构,利用漂移室击中信息寻找径迹段,通过对径迹段做直线拟合,最后计算BESIII事例起始时间。并通过蒙特卡罗数据进行调试和检验,证明了该算法的可靠性。     

CSRe与RIBLLⅡ实时数据交互系统

介绍了国家重大科学工程项目--兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)的实验环(CSRe)以及RIBLLⅡ的子系统--实时数据交互系统.该系统主要实现对前端电源设备的实时同步控制,具体的实现方法是从控制Web界面输入的前端控制设备所需的数据信息传送至中心Orade数据库,再更新至前端服务器的Orade数据库,随后传送至ARM板中的sqlite数据库,给DSP板提供输入数据信息,通过同步触发事例对电源设备进行同步实时控制.该系统正在RIBLLⅡ的测试中,运行正常、可靠性强、性能稳定.     

大亚湾中微子实验PMT触发判选电路的初步设计

介绍了用于大亚湾中微子实验的PMT触发判选电路的一种设计方案.从PMT触发判选电路的设计要求谈起,着重讨论了如何采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现判选过程及数据暂存,介绍了采用来自GPS的高精度时间信息对事例数据进行时间标记的具体方法.     

基于LVDS技术的高密度信号同步传输在BESⅢ TOF触发子系统中的实现

在北京谱仪BESⅢ升级改造工程TOF触发子系统的设计中,提出了采用LVDS电平扇出触发处理结果的方案,以获得足够的驱动以及抗干扰能力。考虑到传输数据量非常大,为了节省空间以及提供传输效率,决定引入并串/串并转换传输技术并设计了相应的接收板对其进行深入研究。通过结合FPGA中FIFO的同步功能设计,成功实现了多通道LVDS并串/串并转换传输的同步接收,从而在一个9U VME背板总线后插数据传输模块上完成了全部TOF触发处理结果的高密度同步输出。同时也为复杂仪器系统中高速大量数据的实时同步传输和接收提供了一个可靠且高效的解决方案。     

BESⅢ晶体量能器触发系统时间提取和块能量相加

介绍了北京谱仪Ⅲ(BESⅢ)电磁量能器触发系统的触发单元和块能量相加(TCBA)板的设计、硬件实现和测试结果.该板主要完成对触发单元信号的甄别以便进行簇团的计数,并且提取电磁量能器的时间信息,同时将触发单元能量进一步相加形成块能量信息.着重介绍了块能量相加、时间信息提取部分的设计和时间信息晃动的测试结果.     

BEPC试验束数据获取系统改进及离线数据分析

运行在BEPC电子直线加速器上的试验束,主要利用在线探测器和离线数据分析选择单粒子事例,满足多种单粒子束流试验.本文介绍了试验束改进后的数据获取系统,以及离线数据分析中的飞行时间谱分析,单粒子判选和粒子击中位置定位等.     

一种可用于在线触发的移位寻迹方法

介绍了一种简单高速移位寻迹方法,这种方法易用可编程逻辑器件实现,可以快速高效地找到事例径迹,同时该方法容易分解为流水线结构,响应速度更快,可以用于在线触发系统。     

利用TOF和MDC信息计算北京谱仪Ⅲ事例起始时间的算法研究

主要阐述了北京谱仪Ⅲ(BESⅢ)事例起始时间计算系统的基本原理和程序结构;利用MDC径迹、TOF信息联合计算方法和单独使用MDC方法完成BESⅢ事例起始时间的计算.通过蒙特卡罗数据,包括对撞事例和宇宙线事例的运行、检验和调试,证明了系统是稳定和可靠的.     

一个六输入可编程序触发逻辑线路(CAMAC插件)

A.Fucci等人提出了一个可编程序触发逻辑的原理,可以用于高能物理实验的触发系统中。文献根据这个原理,利用ECL的随机存取存贮器(RAM)E855(64×1位)作了一个六输入可编程序触发逻辑线路(NIM插件),数据加载是采用手动的方式,要预置某一种给定的逻辑功能,必须依次加载2~6步,这显然是一件十分繁杂的事情;     

LHAASO地面簇射粒子阵列在线实时分布式数据处理

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)是"十二五"批复立项的国家重大科技基础设施,是我国海拔最高的大科学基础设施之一,核心目标是探索高能宇宙线。作为LHAASO的重要组成,地面簇射粒子阵列(square KiloMeter detector Array,KM2A)建成探测阵列面积高达1 km~2。不同于大多高能物理实验,KM2A共约6 500路通道,总输入约546 MB·s~(-1),没有硬件触发功能,因此,需要软件完成触发与数据处理。采用基于标准以太网和TCP/IP协议的数据传输方案,接收包括所有探测器单元同一时间的全部组包数据,利用配置的触发算法对数据包进行在线处理与计算,将具有物理意义的数据提取、打包,组成不同的有物理标签的事例,并按照配置的输出规则将这些事例送出至不同的接收方,实现了实时分布式算法调度与数据处理。软件可以实时触发筛选,降低数据量,减轻传输与存储的负担。软件已在4 410 m海拔实验现场的数据中心投入使用,至今为止一直运行良好。