触发系统的系统联调

《触发系统的系统联调》由会员分享，可在线阅读，更多相关《触发系统的系统联调（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、触发系统的系统联调 和宇宙线实验 2008.4.29o简介实验室局部系统联调 三号厅MDC触发小系统联调 在线组EMC触发小系统联调 物质楼TOF小系统联调 oBESIII宇宙线实验 o问题和改进触发系统与单个探测器、电子学的宇宙线联调， 主要验证触发系统的设计方案，触发测试软件系 统调试，检查与其它系统控制和接口协议，发现 并解决各种隐藏的硬件缺陷。这是触发系统第一次与MDC、EMC、TOF电子 学和在线系统联试，光纤传输、流水线工作、数 据读出、时序控制等得到多方面的检验。o实验室局部系统联调三号厅MDC触发小系统联调触发系统需要搭建联 调系统，包括漂移室触 发，主触发和快控制。 把MFT

2、插件插到电子 学机箱 共需铺设80路15m光 纤连接MFT插件与TKF 插件。 建立触发系统多机箱 测试软件系统延迟时间测量 o以漂移室上方闪烁体响应宇宙线的时间作 为时间零点，测量了触发系统给出L1信号的 延迟时间约5120ns。 o从触发快控制经15米光纤到电子学MTI插 件出口处的延迟约267ns。 这个时间测量为以后的BESIII宇宙线测试时 各探测器电子学的时间窗口调整提供了参考 。三号厅MDC触发小系统联调在线实验室EMC触发联调8路前放，电子学3个VME机箱，两各主放机箱，两块 TCBA，两根光纤； 触发两个机箱，EACC、主触发、快控制、触发时钟； 用电子学刻度信号，没有探测器

3、。对各个插件，电缆 ，光纤传输等延迟 时间测量，为系统 时间调整作准备。在线实验室 EMC触发联调转接板信号到TCBA插件收到L1信号间延迟 5.5实验室电子学前放的通道信号衰减功能测量，共测量4道， 改变刻度值128个点，测量差分信号单端电压值。如图。 各路一致性比较好； 200以下线性较好； 数字电位器写零时，单端电压仍有2080mv。物质楼TOF系统联调 探测器使用8块TOF闪烁体层叠为8层，探 测宇宙线事例； 探测器双端输出，使用16路电子学TDC通 道，时钟由TOF时钟系统扇出给出； 触发两个VME机箱，内有TOF触发板，主 触发逻辑、快控制等； 电子学使用在线程序，触发使用触发测试

4、 程序。 快控制光纤消除同步的不确定性方法是：多次 启动光纤的同步，改变发送端端时钟的相位， 使接收端的本地时钟时钟前沿处在数据稳定的 位置。 TOF和快控制使用同一种光纤数据传输方法， 光纤消除同步的不确定性方法与快控制相似， 用改变接收端本地时钟的上升沿锁存数据。先 调整一路，再用发对齐码使用异步FIFO来对齐 所有光纤通道。 触发其它系统使用RocketIO 技术的光纤数据 传输，用发送对齐码，改变异步FIFO缓存的个 数对齐。光纤数据消除晃动和对齐1. 通过这几个触发系统的实验室联调验证系 统方案是成功的。触发各子系统逻辑得到 检验和完善。2. 发现和解决触发内部硬件设计缺陷；3. 发

5、现解决系统问题；4. 探测器、电子学、触发噪声5. 高计数率实验，稳定性实验4. 积累调试经验，为BESIII宇宙线实验做好 准备。触发系统总体联调BESIII宇宙线实验触发系统参加BESIII整体宇宙线测试 主要调整和优化触发系统工作参数； 并检验触发时序、效率； 考验触发系统长期工作的可靠性和稳定性。触发系统总体安装 先安装EMC、GTL、 FC，按照谱仪的安装 顺序，逐步完成MDC 、TOF、MU、定标器 、TDC等的安装。 触发前端光纤发送板 都是安装在各自电子学 机箱内： MDC MFT：96 EMC TCBA：16 TOF 时间平均器：28 MU MUST：5 用光缆和跳线连接 因

6、为光纤至少需要一次拆装。因此决定采用一个机柜群用一 或二根预连接多芯光缆，用光纤跳线与插件连接。优点是光缆 护套具有防水，防尘，有一定的强度适合谱仪大厅的工作环境 。预连接的安装方法使得安装灵活，拆装方便，便于维护管理 。共铺设光缆13根，长45m。（总共光纤通路346，这次实验 连接检查256路）。 两端再用3m和2m的光纤跳线连接触发前端板和光纤接收板 。 安装后用光笔检查，光路都是好的。但在调试中发现有两根 不好或效率不高。触发系统总体安装触发系统总体联调BESIII宇宙线实验o 在BESIII探测器的最后一部分安装完成之后， 2008年2月14日上午，BESIII成功实现所有探测 器的

7、完整取数。 触发系统时序调整 光纤数据对齐调整由于安装后，光纤数量增加，长度改变较大，原来的光 纤对齐参数也有改变，需要调整光纤对齐参数。快控制初期 调整后，因为更换新版本的CLKF后，发现L1有一个时钟周 期的不确定性，再次调整后解决。TOF使用原来实验室调试 方法，调整好后没有发现问题。其它部分改变数据缓存BUF 的个数，用VME设置，通过Chipscope 检查对齐情况。 各数据读出插件读出时间窗调整。 主触发触发条件定时的调整； 触发条件对齐调整；触发数据的窗读出o 触发读出数据用来调整触发时序，在运行时用于监视和检 查触发运行情况，是非常必须和有效的。 o 因为触发子系统输入信号在时

8、间上不确定性，在调试阶段 ，了解这些信号的状态和时间，触发数据读出采用时间窗读 出的办法。 MDC触发：32个时钟周期 EMC触发：16 EMC时钟周期 主触发：最大63个时钟周期 o 根据窗读出数据分析，要确定一个窗口的数据，作为运行 时的数据读出。以减少运行时的数据长度。 o 数据窗的宽度和位置可以由在线控制写入。 o 根据在线组的建议，触发数据又增加一个数据格式字头。 o 绝大部分的触发数据已经实现在线灌图。各探测器输出的信号在时间上都具有一定的不确定性。 MDC的信号不确定性约为400ns，EMC的信号不确定性 约为300ns，TOF的信号不确定性约为30ns。为保证使用 到同一探测器

9、所有可能的信号，在形成触发条件时，我们 采用探测器信号展宽，展宽宽度大于相应的不确定性。并 保证一定的重叠区。S1(兰），S2（绿）信号相差30ns，在各自展宽100ns， 有重叠区（黄）两个时钟周期。触发系统时序调整TOF信号展宽示意图定时对齐和事 例判选对齐示 意图定时对齐要求不同探测器触发条件产生的L1*信号相对事例发生时刻 一致，在图上部，将各探测器触发条件时间分布的峰位点在时间上调 成一致。用来实现事例的定时逻辑。事例判选对齐要求不同探测器的触发条件在时间上有公共重叠，以满 足流水线工作方式按时钟节拍判选的要求，在图下部，将各探测器触 发条件的公共重叠区域在时间上调成一致。用来判断是

10、否是好事例。定时检查：峰位都在4，证明 三个探测器的触 发条件时间对齐NBClus = 1 前沿分布 LTrk Back to Back前沿分布 BTOF Back to Back前沿分布TOF时间谱(右侧为放大图)(时间单位：3ps)探测器时间信号分布。从结果来看，L1*信号基本定时给出，TOF时 间晃动较小，晃动范围由BTOF B-B晃动决 定。MDC时间谱 BEMC时间谱EEMC东端时间 谱EEMC西端时间 谱1.TOF定时2.MDC定时3.EMC定时另一种定时检查方法： 峰位：1. 1752. 1753. 190 EMC触发条件定时应再调 整一下 EMC和MDC触发条件的时 间不确定性

11、范围较大编号触发条件事例率 1NLtrk= 1660Hz 2NLtrk=2285Hz 3NStrk=1520Hz 4NStrk=2480Hz 5NStrk=4410Hz 6NStrkB-B95Hz 7NLtrk=1120Hz 8NLtrk=290Hz9NLtrk=460Hz 10NLtrkB-B40Hz 11NLtrkB- B&!NLtrk=410HzMDC触发MDC触发事例率MDC触发 从表中可以看出，内室的事例率非常高，在 对撞模式运行状态下，内室的本底情况肯定更 严重。因此，内室的使用必须经过实际取数测 试后谨慎使用。 表中第11项，NLtrk B-B & !NLtrk=4的 事例基本都

12、是好的宇宙线事例，也就是说，在 未来运行中，通过漂移室触发的宇宙线事例将 有10Hz，这与模拟得到的结果相当。漂移室冒道引起触 发冒道MDC电子学TRG 的MDC信号分布触发系统造成的冒道发现一个电缆线接口不 好，一个芯片管脚有虚 焊，修理后分布正常 。 下图为修理过的。解决前MAP图解决后MAP图漂移室造成的死道两处丝位置被漂移室安装定位占用，没有接到前放， 因此没有丝信号。永远的死道！这两道触发修改逻辑为三选二。触发径迹因为在电子学相应位置的直 方图计数正常。触发读出造 成的死道。检查触发寻迹插 件的FPGA逻辑，发现这是由 于对系统时钟在FPGA内没有 约束造成的，修改后死道消 失，直方

13、图正常。 MDC电子学触发径迹修改后触发效率不高通道上图显示了一个因光纤效 率不高造成的计数偏低的 通道。可能是该通道光纤在铺设 过程中受损造成衰减增大 。更换光纤后，该通道计 数恢复正常（下图）。相 对冒道和死道的情况，效 率不高的通道在宇宙线实 验中比较难发现，需要在 运行初期对每个通道进行 仔细检查。EMC触发系统检查 安装初期，从在线直方图上在一层中连续4道，而 且相邻的4层MAP图相同方位都有不到底的凹坑， 分布位置符合触发单元的组合。触发输入信号MAP 图发现10几道这样的死道，但不同RUN死道位置发 生变化。 用电子学刻度信号逐道检查时，信号情况与灌图 时现象并不一致。后经两个组

14、反复检查，尤其是电 子学的努力，找到是由于在写入幅度调整数据不稳 定造成的。修改后解决。 触发硬件连接也发现几处接触不良的地方。阈值设定能量峰值时间散开 的宽度14个时钟 周期（下图），信 号达峰时间晃动达 360ns。因此，TC 的时间不确定范围 也会增大。能量数据读出采用一定 窗口内的寻峰读出BLK8的能量谱（左）和 峰位时间谱（右）改变电子学前放数字电位器和刻度信号的幅度得 到的输入信号峰值的时间，晃动200ns。能量块能量峰值去台 阶前后直方图EMC桶部TC环6和环7的击 中信息直方图单窗口读出东西端盖击中信息直 方图西端盖触发有一死道 ，触发连接问题。阈值名称阈值说明阈值设置R_BE

15、tot_H桶部总能量高阈0X3AFR_EEtot_H端盖总能量高阈0X028R_Etot_L桶部端盖总能量低阈0X03CR_Etot_M桶部端盖总能量中阈0X148R_BL_Z桶部端盖东西部能量Z向平衡阈值0X0A4R_Diff_B桶部Z向差值平衡阈值0X0F6R_Diff_E端盖Z向差值平衡阈值0X0E1R_BL_BLK能量块平衡阈值0X030R_BL_EEMC端盖BB事例阈值0X1ECR_DiffL差值平衡条件的最小插值0X03F按照能量分布初步确定以下阈值NClus1和NClus2 在数据读出窗 口中的分布情况桶部单一TC信息在16个时 钟窗口内的分布情况数据多窗口读出检查信号 时间上的

16、散开程度和各通 道时间一致性。左图上升沿时间就是信号 散开范围，没有平顶。按 照现在实验的结果，需要 加宽信号的宽度EMC触发窗读出EMC触发条件Nclus1Etot_L单机箱EMC电子学前放信号幅度调整的测量与分析 触发TCBA板使用中断方式，用DMA读出组合好的TC 和输入脉冲的FADC转换的数字信号。 读出数据为32拍的数据（20M时钟），一个字头指示 出电子学的机箱号、通道号、改变数字电位器的数值。 这个机箱480个通道。 固定刻度信号的幅度，每个通道数字电位器改变9点， 每个点重复取10个数据。 在线系统完成了单个机箱的读出运行程序。 数据初步分析完成。 有待修改所有插件的FPGA配置，16个机箱可以同时获 取数据。数值电位器写入需要一定的时间，每改变一 次，程序需要等待0.5s。左：9点峰值的平均值右：一个通道9个点的峰值一个电子学机箱 480个通道信号幅 度调整图上图，所有数据都灌图下图