MicroTCA快速控制板用于HEP实验中的通用控制和数据采集应用

基于MicroTCA .4的KSTAR远程DAQ系统的开发

Development of MicroTCA.4 based remote DAQ system for KSTAR

为了规范和简化韩国超导托卡马克先进研究所（KSTAR）的控制系统，我们开发了基于10 G以太网的远程数据采集系统。通过将数据采集系统和主机分离，可以使控制系统的结构更加灵活。我们开发了一个基于MicroTCA.4系统的具有10 G以太网接口的DAQ模块，该系统旨在通过10 GE在远程服务器上实时控制设备。为了连接建议的设备和主机，我们使用基于UDP组播的实时网络，在10 GbE直通分组交换基础设施之上。该系统采用基于Zynq的MicroTCA. 4开发板、配套的具有模拟量输入/输出接口的RTM开发板和电源系统实现。通过使用远程数据采集系统，多个主机服务器可以实时订阅数据采集数据，而无需额外的计算成本。该系统将应用于KSTAR托卡马克的加料系统控制。

同步以太网DAQ系统的大规模实验的MicroTCA实现

MicroTCA implementation of synchronous Ethernet-Based DAQ systems for large scale experiments

大型LAr TPC是解决粒子和天体粒子物理学中的开放问题的最强大的探测器之一，例如轻子扇区中的CP破坏，中微子性质及其天体物理意义，质子衰变搜索等。在这篇文章中，我们描述了这一新一代的大型探测器的数据采集方案。主要挑战是提出一个可扩展且易于使用的解决方案，能够以最低的成本管理大量通道。值得注意的是，这些限制与网络电信行业中存在的限制非常相似。我们建议研究如何新兴的技术，如ATCA和$μ$ TCA可以用于中微子实验。介绍了一种32通道ADC的高级夹层板（AMC）的设计.该板在前面板接收32个模拟通道，并使用千兆以太网链路通过$μ$ TCA背板发送格式化数据。MCH的千兆交换机用于集中数据并将数据发送到事件生成计算机。该卡的核心是一个FPGA（ARIA-GX从ALTERA），包括整个系统，除了存储器。一个硬件加速器已经实现了使用NIOS II $μ$ P和千兆MAC IP。显然，为了能够从事件中重建轨迹，时间同步系统是强制性的。我们决定实施IEEE 1588标准，也称为精确定时协议，这是电信行业中另一项新兴且有前途的技术。在这篇文章中，我们描述了一个千兆PTP的实现使用千兆链路的恢复时钟。通过这样做，漂移被直接消除，并且PTP将仅用于评估和校正偏移。

CONCERTO: Readout and control electronics

The CONCERTO spectral-imaging instrument was installed at the Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) 12-meter telescope in April 2021. It has been designed to look at radiation emitted by ionised carbon atoms, [CII], and use the "intensity Mapping" technique to set the first constraints on the power spectrum of dusty star-forming galaxies. The instrument features two arrays of 2152 pixels constituted of Lumped Element Kinectic Inductance Detectors (LEKID) operated at cryogenic temperatures, cold optics and a fast Fourier Transform Spectrometer (FTS). To readout and operate the instrument, a newl…

基于FPGA的高能物理高速数据采集系统

FPGA based High Speed Data Acquisition System for High Energy Physics Application

在高能物理实验中，需要在探测器/传感器与上位机之间进行高速、容错的数据通信。在HEP实验中，由于各种外部效应，如带电粒子的存在、环境中的噪声或辐射效应，可能在通信硬件中发生瞬时故障，并导致单/多比特错误。为了使通信系统在这样的辐射环境中保持正常工作，在这种辐射环境中，人的直接干预是不可能的，一个高速数据采集（DAQ）架构，支持错误恢复是必要的。提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的高速数据采集系统的有效实现方案，该系统采用多比特纠错模型支持光通信链路。该设计已在Xilinx Kintex-7板上实现，并通过了板对板通信和使用PCI（外围组件互连快速）的PC通信测试。板对板和板对PC的数据通信速度达到了4.8Gbps，并对资源利用率和关键路径延迟进行了测量。

RF Electronics

For many decades High Energy Physics (HEP) instrumentation has been concentrated on detectors of ionizing radiation -- where the energy of incident particles or photons is sufficient to create mobile charge in gas, liquid, or solid material, which can be processed by front end electronics (FEE) to provide information about the position, energy, and timing of the incident radiation. However, recently-proposed HEP experiments need to sense or control EM radiation in the radiofrequency (RF) range, where ionization detectors are unavailable. These experiments can take advantage of emerging microel…

面向高能物理应用的共形60 GHz有源中继器的设计、研制与测试

Design, Development and Testing of a Conformal 60 GHz Active Repeater for High Energy Physics Applications

针对高能物理实验中ATLAS探测器径迹层密闭阻碍无线信号传输的问题，研制了可穿过狭缝的共形60 GHz有源中继板，测试验证其能显著提升信号接收电平，为探测器无线数据读出奠定基础。