大亚湾反应堆中微子振荡实验RPC读出电子学光纤数据传输系统设计
本文作为大亚湾反应堆中微子振荡实验RPC读出电子学系统项目工作的一部分，主要完成了其中光纤数据传输系统的设计、研制和测试。
RPC读出电子学系统主要由三部分组成，前端板(Front-End-Card)，读出传输板(ReadOut Transceiver，ROT)和VME插件(包括读出插件ROM和触发判选插件RTM)。FEC收集到RPC探测器的信号之后通过多芯双绞线电缆传输给ROT，同时处理最多达15个FEC的ROT将数据封包处理之后通过光纤传输到距离较远的VME插件中。
光纤数据传输系统包括USB光纤传输测试板，光纤传输子板以及读出传输板三部分。USB光纤传输测试板用来对光纤芯片的选用和初步设计进行测试，检验，提供了USB接口，方便与台式计算机(以下简称PC)连接并通过PC进行操作；光纤传输子板就是光纤传输功能主要实现的板块，主要由串并转换编解码芯片以及光电电光转换芯片构成，单独的子板设计方便了将来的调试、安装和维护；读出传输板ROT则是RPC读出电子学系统构成的一部分，提供了光纤子板接口和与FEC连接电缆的接口。这三部分可以构成一个光纤数据传输系统，并可以通过USB接口与PC相连，实现数据的上传和命令的下行操作。
本文首先从整体上介绍了大亚湾反应堆中微子振荡实验RPC电子学系统，包括前端板FEC的简单介绍，读出传输板ROT的主要功能以及VME插件的设计目标。同时说明光纤数据传输系统的设计的必要性和重要性。
本文的重点内容包括光纤数据传输系统的硬件设计，系统中的FPGA逻辑设计以及光纤传输系统的测试方法及结果。在硬件设计部分，根据设计目标，包括针对USB接口的信号接收及驱动，数据缓冲容量，FPGA的配置方式，I/O引脚数目，对光纤传输的控制以及与FEC的一对多连接等需求，选择合适的FPGA芯片并制定了一整套设计方案。在USB光纤传输测试板上，设计了基于USB接口的命令发送、数据上传、光纤传输功能自检和模拟FEC数据自检等功能的FPGA逻辑；在读出传输板上通过LVDS芯片接收来至FEC的数据，同时使用了两个FPGA分别实现了对FEC上传的数据和状态信号与触发信号的独立处理，可以方便的与VME插件进行通讯。
本文最后介绍了光纤数据传输系统的测试方法、过程和结果，并介绍了利用光纤数据传输系统以及FEC搭建的工程测试小系统。通过测试结果，证明了光纤数据传输系统在功能上实现了设计目标。
本论文所取得的主要结果如下：
(1)RPC电子学的光纤传输和读出控制系统，在设计上利用FPGA的可编程性，将光纤传输操作、数据读出的控制以及自检功能集成在FPGA片内，提高了系统设计的简洁性和可靠性。
(2)利用USB光纤传输测试板可以通过PC对光纤传输性能进行测试，同时结合读出传输板以及前端读出板可以为RPC电子学读出系统其它部分的研制进行检验测试，目前已经完成光纤传输部分的测试。
(3)光纤模块为设计的难点部分，设计了子板形式的光纤传输板，方便光纤传输部分的单独调试、安装和维护。
反应堆;中微子振荡;电子学光纤;数据传输系统;RPC读出电子学系统;读出传输板
中国科学技术大学
硕士
物理电子学
梁昊
2009
中文
TL43;TN919.6
73
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）