粒子物理实验无触发数据获取系统中的精确时钟研究

随着粒子物理实验研究目标的深入和事例率的提高，一种所谓"无触发"（即无外触发）的数据获取系统的概念正在形成并付诸实现。在这样的系统中，精确时钟是确定探测器数据的时间片和事例组装所必须的定时参照，是实现高事例率和高数据率的"无触发"数据获取系统的关键因素。. 在这样的背景下，我们申请课题研究粒子物理实验中的精确时钟，即频率稳定和相位确定并能精确控制的时钟，从分发、提取、同步几个方面开展工作，进一步提出该时间系统设计、实现和测试的方案。该时间系统能满足平均物理事例率为100MHz的无触发数据获取系统的时间分辨率要求，同时能提供抖动均方根值小于20ps的精确时钟。. 我们将总结出在粒子物理实验装置中的高精确度时钟系统设计的方法和相关技术手段，并为精确时钟在粒子物理实验以及其它相关领域的应用提供设计参考。项目的预期成果是一套测试和评估精确时钟的概念样机以及相关文献资料。

随着粒子物理实验研究目标的深入和事例率的提高，一种所谓“无触发”（即无外触发）的数据获取系统的概念正在形成并付诸实现。在这样的系统中，精确时钟是确定探测器数据的时间片和事例组装所必须的定时参照，是实现高事例率和高数据率的“无触发”数据获取系统的关键因素。.在这样的背景下，我们申请课题研究粒子物理实验中的精确时钟，即频率稳定和相位确定并能精确控制的时钟，从分发、提取、同步几个方面开展工作，进一步提出该时间系统设计、实现和测试的方案。.通过本课题的研究，我们取得了两项研究成果，即高精度时钟分发和同步技术和多节点同步测试和评估方法。在分发同步技术方面，我们采用基于嵌入式时钟位SerDes，将时钟数据进行融合传输，能够获得高精度时钟的分发和同步能力，同时还具备自动温度补偿功能；在多节点同步测试和评估方面，我们利用ADC对外接模拟信号进行数据采集，并分别加入时间戳信息，然后再通过这些时间戳信息重构出该外接模拟信号，从而分析评估出各个不同的独立测试模块的同步性能、时间分辨能力等指标。.通过这两项研究成果，结合相关数据获取技术，我们能够实现高精度时钟分发系统，能满足平均物理事例率为100MHz的无触发数据获取系统的时间分辨率要求，同时能提供抖动均方根值小于20ps的精确时钟。实际的测试表明，我们能够实现在200米的范围内，进行40MHz时钟分发，系统同步能力可以达到20ps，并且具备温度补偿修正能力，同时具备多节点扩展接收能力。.本课题发表SCI期刊论文4篇，培养研究生2名。本课题所研究出的用于粒子物理实验的高精确度时钟系统设计的方法和相关技术手段，能够解决其它相关领域对于精确时钟分发和同步的要求，并已经在大型物理实验读出电子学系统预研中得到应用。