暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中高速教據(jù)傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2017-12-24 14:10
本文關(guān)鍵詞：暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中高速教據(jù)傳輸?shù)难芯?/strong> 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
更多相關(guān)文章： 暗物質(zhì)探測(cè) 數(shù)據(jù)傳輸 讀出電子學(xué)系統(tǒng) 萬兆以太網(wǎng) PXI Express總線
【摘要】：自從天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的存在以來,人類在不斷對(duì)暗物質(zhì)的實(shí)質(zhì)進(jìn)行一系列探索,粒子物理學(xué)家們提出最有可能成為暗物質(zhì)候選的粒子模型一一WIMP,并通過各種暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)探測(cè)并尋找WIMP粒子。一方面,隨著截止截面的探測(cè)精度不斷提高,越來越接近中微子本底,暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器規(guī)模在不斷擴(kuò)展,隨之帶來的觸發(fā)率的提高、探測(cè)通道的增加等問題,均導(dǎo)致實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率提升。另一方面,隨著波形數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,探測(cè)精度較以前有著大幅度的提升,帶來了數(shù)據(jù)獲取速率的進(jìn)一步提高。如何解決大型暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中高速海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求一個(gè)合理的解決方案。在以往的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中,由于探測(cè)規(guī)模較小、觸發(fā)率較低等因素,通常采用VME總線與千兆以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行后端的數(shù)據(jù)獲取與傳輸。但是,在面對(duì)需求極高的系統(tǒng)帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸時(shí),仍采取原有傳輸技術(shù)只能通過成倍地增加硬件以及傳輸鏈路的數(shù)量實(shí)現(xiàn)帶寬的增長(zhǎng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜且不利于系統(tǒng)的升級(jí)。近些年,一些非暗物質(zhì)探測(cè)的大型粒子探測(cè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)遇到了數(shù)據(jù)率大幅提高帶來的傳輸壓力的問題,典型的實(shí)驗(yàn)有CBM實(shí)驗(yàn)和ATLAS實(shí)驗(yàn),它們的解決方案均采用萬兆光纖鏈路進(jìn)行后端的數(shù)據(jù)傳輸。與此同時(shí),在工業(yè)和通訊領(lǐng)域，PXI Express總線技術(shù)與萬兆以太網(wǎng)技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展的非常成熟,數(shù)據(jù)傳輸速率和性能均得到了驗(yàn)證,甚至已經(jīng)在研發(fā)40Gbps和100Gbps的網(wǎng)絡(luò)傳輸,更快的數(shù)據(jù)傳輸速度將是必然的發(fā)展趨勢(shì)。因此,本論文針對(duì)我國暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展對(duì)電子學(xué)的需求,引入了PXI Express總線以及萬兆以太網(wǎng)技術(shù),對(duì)電子學(xué)搭建以及萬兆傳輸聯(lián)路的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并開展工作。本論文的結(jié)構(gòu)安排如下：第一章作為緒論主要介紹了暗物質(zhì)探測(cè)的背景以及我國目前暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀與需求。首先,介紹了暗物質(zhì)與暗能量的背景知識(shí)以及研究意義,列舉了證實(shí)暗物質(zhì)存在的幾個(gè)典型證據(jù),介紹了暗物質(zhì)粒子的候選者以及當(dāng)今暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)主要探測(cè)的粒子模型——WIMPs;然后,介紹了暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)的方法與技術(shù),以及波形甄別與波形數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀：最后,由探測(cè)通道數(shù)的增加以及波形數(shù)字化指標(biāo)的提升引出本論文研究方向,即暗物質(zhì)探測(cè)對(duì)高速海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)的需求。第二章針對(duì)暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)電子學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀出以及其它需求高速海量數(shù)據(jù)時(shí)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列的研究。首先,研究了國內(nèi)外典型的暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中電子學(xué)讀出方法；然后,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中的高速數(shù)據(jù)傳輸方法為目的,研究其它粒子物理實(shí)驗(yàn)中的高速傳輸應(yīng)用：最后,通過研究其它領(lǐng)域中的高速數(shù)據(jù)傳輸方法,綜合考慮當(dāng)今高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)默F(xiàn)狀,從而制定適用于暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的電子學(xué)讀出系統(tǒng)。第三章研究了暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),并針對(duì)大型氣液兩相氬暗物質(zhì)探測(cè)器設(shè)計(jì)了一種電子學(xué)讀出架構(gòu)。這里重點(diǎn)研究了數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)確定方法,從而確定數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)方案與芯片選型；此外,還從理論角度對(duì)系統(tǒng)的各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)思考,具體包括前放系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第四章提出了適用于前面所提出的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的后端數(shù)據(jù)傳輸電子學(xué),詳細(xì)闡述了一種基于PXIE總線和萬兆以太網(wǎng)的萬兆傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)方法與架構(gòu)。首先,對(duì)后端數(shù)據(jù)傳輸鏈路總體方案進(jìn)行了說明；然后,介紹了傳輸鏈路中的關(guān)鍵技術(shù)：接下來,對(duì)鏈路中各硬件的確定與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明,并介紹了Linux系統(tǒng)下測(cè)試軟件的設(shè)計(jì);最后,對(duì)該傳輸鏈路進(jìn)行總結(jié)。第五章針對(duì)傳輸鏈路中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)——數(shù)據(jù)匯聚模塊,進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。該模塊為自主設(shè)計(jì)模塊,用于承接前端數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)與后端萬兆鏈路,核心控制器為Xilinx的FPGA,重點(diǎn)介紹了FPGA的各部分控制以及插件各部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸鏈路的實(shí)現(xiàn)。第六章研究了萬兆傳輸鏈路的測(cè)試方法與具體的測(cè)試工作實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果。首先,明確了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試方法以及高速串行鏈路的測(cè)試碼流：然后根據(jù)實(shí)際資源情況對(duì)本課題中的傳輸鏈路進(jìn)行測(cè)試方案設(shè)定；最后提供了一系列的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能。第七章對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)并展望了未來要進(jìn)行的工作。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P145.9
【相似文獻(xiàn)】
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1 劉佳;殷鵬飛;朱守華;;暗物質(zhì)的理論研究進(jìn)展[J];物理;2009年12期
2 常進(jìn);;暗物質(zhì)粒子探測(cè):意義、方法、進(jìn)展及展望[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2010年02期
3 李丹丹;;暗物質(zhì)問題[J];硅谷;2010年15期
4 畢效軍;秦波;;暗物質(zhì)及暗物質(zhì)粒子探測(cè)[J];物理;2011年01期
5 周宇峰;;暗物質(zhì)問題簡(jiǎn)介[J];物理;2011年03期
6 李金;;暗物質(zhì)的直接實(shí)驗(yàn)探測(cè)[J];物理;2011年03期
7 倪凱旋;魏月環(huán);;基于液氙的暗物質(zhì)直接探測(cè)[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2011年12期
8 余釗煥;陳t燂，
本文編號(hào)：1328670
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/tianwen/1328670.html
本文關(guān)鍵詞：暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中高速教據(jù)傳輸?shù)难芯?/strong> 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
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8 余釗煥;陳t燂，
本文編號(hào)：1328670
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