粒子物理试验中的波形数字化技术

1大型实验的数据获取

与监测系统2内容数据获取在高能物理实验的位置数据获取的发展几个大型实验的数据获取探测器监测总结3DAQ在高能物理实验的位置电子学：将探测器输出的信号放大、成形等处理后数字化，将信息暂存并作数据预处理；触发判选：选择满足物理条件的好事例，压缩本底事例；数据获取和在线分析：读出通过触发判选的好事例数据，以数字形式记录下来；给出反映探测器性能的各种统计图形以及所获事例的分类统计图形，监测探测器与电子学工作状态；离线数据分析：将在线机上记录下来的数据在离线机上进行分析和处理，把数据还原为粒子种类、能量、动量等物理量。4y/nyynn触发触发：在粉红色六边形的物体上标志“y”

在其它物体上标志“n”nytrashSAVEDAQDAQ：保存标志有“y”的物体加快运动速度就有可能出错触发和DAQ的任务只保留传送带上粉红色六边形的物体5y/nyynn触发vd判选时间必须检查移动的每个物体并打上标记-在下一个物体到来之前给出判选结果-判选时间

≤

d/v-判选时间越长出错的可能越小6y/nnnnn触发SAVEDAQnnntrash???触发效率不能在太多的粉红色六边形的物体上标志“n”7y/nyyyy触发ytrashSAVEDAQy当超过DAQ的处理能力后就会引起“死时间”，同样会丢失被标记为“y”的物体，降低触发效率本底排除能力标志为“y”的物体也不能超过DAQ的能力8y/nyynn触发nytrashSAVEDAQvd流水线工作方式由多个人同时分步检查-每个人的检查任务在d/v内完成

-可以完成更多的检查任务

-出错的可能性更小9DAQ发展史六/七十年代：基于NIM的FEE，采用CAMAC总线读出；缺失并行性；KB/s的数据处理能力八十年代：基于VME/Fastbus，采用树状结构，各结点有独立的处理器；有一定的并行性，多级触发；MB/s的数据处理能力九十年代/21世纪：9UVME/ASIC；点对点高速数据通讯/基于以太网交换机互连/PC集群/Linux；并行处理；数据驱动；GB/s的数据处理能力未来：ATCA/ASIC；波形数字化；软件触发10DAQ控制室Digitaldisplay,noterminalISR.1970P-aP.1980AlotofpersonsinfrontofonescreenLEP.1990AlotofscreensinfrontofonepersonLHC200xThepersonisontothescreen11ALICEDAQ25GB/sReadoutbandwidth2.5GB/sEventBuildingbandwidth1.25GB/sstoragebandwidth>1PBofdataeveryyear400+opticallinks300+PCs60TBtransientstorage12LHCbDAQ13CMSDAQBaselineCollisionrate 40MHzLevel-1Maximumtriggerrate 100kHz†Averageeventsize ≈ 1MbyteEventFlowControl ≈ 106Mssg/s†

50kHzatstartup(DAQstaging)No.ofIn-Outunits 512Readoutnetworkbandwidth ≈ 1Terabit/sEventfiltercomputingpower ≈ 106SI95‡Dataproduction ≈ Tbyte/dayNo.ofPCmotherboards ≈ Thousands‡

6

105atstartup14ATLASDAQ15BESIIIDAQ16DAQ系统部署ControlPCs3Bladecenters5ServersRouter4SwitchesUPS17ILCDAQconceptual(GLD)ArchitectureVFDVTXECALTPCHCALMUONPPPPPPPPPPPPPPPPDataSteamsLoggerandMassStorage

EventbuildingNetwork10-20Gbit/secProcessorfarm(onebunchtrainperprocessor)Eventmanager&ControlDetectorBuffering(perbunchtraininMbytes/BT=140MB/s)LinksSelectBunchOfInterest(200Hz)SiTMachine1G2.6M5M5K4568K12K9215K10k5MB1MB110MB20MB3MB1MB1GB/s=100PB/year18探测器监测和控制系统保证探测器的安全稳定运行气体系统、冷却系统、机箱控制、高低压控制、安全联锁温湿度测量电子学的刻度可扩展，分布式19BESIII探测器控制系统20总结基于网络