Next Generation Data Acquisition System with Self-Recovery Mechanism

具有自我恢复机制的下一代数据采集系统

• 批准号: 21K03595
• 负责人: 中尾 幹彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03595/
• 关键词: 素粒子物理学実験; 大規模高速データ収集; 多チャネル光通信; 放射線耐性; FPGA; データ収集; 光通信路

素粒子物理学の超高輝度加速器実験の検出器内部で使用するデータ収集機器の放射線に対する信頼性への懸念は増え続けるばかりであるため、本研究は、回路に使用する素子そのものが故障する可能性があることを前提に多重化した受信回路の一部を待機状態に置き自己修復の機能を持たせることでデータ収集装置の高速光通信路に実質的な高放射線耐性を獲得させる実証研究である。設計段階から放射線耐性を備えた素子は、例えば宇宙空間での用途に開発されているが、必要な素子が必ずしも存在するとは限らないこと、および存在しても非常に高価でコストが見合わないことがほとんどである。そこで、本研究では市場の価格競争で価格の抑えられている素子の中から使用する素子を選別し、必要な機能を開発してゆく方針で進めている。当該年度は、本研究で試作する基板の机上での設計を中心に研究を進めた。多チャネル光通信素子として QSFP トランシーバを選定し、また予定している基板サイズに可能な限り多数搭載する設計を行った。回路基板で使用する FPGA について、さまざまな制約を考慮の上で選定を行い、年度当初の想定通り調達に年単位の時間がかかることが判明したため、調達を進めた上で、机上での基板の製計を進めた。FPGAの選定および実基板回路での使用を想定して既存の制御信号通信用ファームウェアを本研究で利用するための整備を進めた。また、JTAG信号の復元回路基板を用いて、光通信路のみで遠隔制御が可能であることを実証した。

由于人们对粒子物理学中检测器内内部使用的数据收集设备的可靠性的关注继续增长，这项研究是一项经验研究，允许将一部分多路复用接收器电路放置在备用状态和自我控制功能中，并假设在电路中使用的元素可以分解，从而可以降低数据量的高度范围，从而实现了高度范围的范围，并且可以实现高级范围。尽管已经开发了用于空间的设计阶段抗辐射的元素，例如，不一定存在所需的元素，即使存在，它们通常非常昂贵，也不值得成本。因此，这项研究是基于选择要从市场价格竞争并开发必要职能的要素中选择要使用的要素的政策。在今年，研究重点是设计董事会在桌子上的研究中进行原型。 QSFP收发器被选为多通道光学通信元素，并设计了该设计以在计划的板尺寸上安装尽可能多的设备。在各种限制下考虑了在电路板上使用的FPGA的选择，并且发现在财政年度开始时，采购将需要数年的时间，我们进行了采购，然后进行了董事会在办公桌上的生产和测量。鉴于选择FPGA并在实际董事会电路中使用，这项研究进行了现有的用于控制信号通信的固件。此外，已经证明只能使用JTAG信号恢复电路板通过光学通信路径来实现遥控器。