[论文解读] A DAQ System for Linear Collider TPC Prototypes based on the ALEPH TPC Electronics

M. Ball, N. Ghodbane+2 more|ArXiv.org|Jul 22, 2004

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于CERN LEP实验中翻新的ALEPH TPC电子学的低成本原型数据采集（DAQ）系统，适用于线性对撞机TPC。该系统采用FASTBUS和VME架构，使用FADC在12.5 MHz下进行数字化，支持最多512个时间片（41 μs深度）的事件存储，并通过TCP将数据传输至符合LCIO标准的数据写入器，以线性对撞机I/O格式实现持久化存储。该系统可显著降低开发成本，适用于TPC原型的中间研发测试。

ABSTRACT

Within the international studies of a high energy linear electron positron collider, several groups are developing and testing prototypes for a Linear Collider TPC. This detector is planned to be used as a central part in the tracking system of a detector at such a machine. In this note we describe a DAQ system, which has been developed for the use in tests of TPC prototypes. It is based on electronics used at the ALEPH experiment at CERN.

研究动机与目标

• 开发一种经济高效、功能完备的DAQ系统，用于线性对撞机研发阶段TPC原型的测试。
• 利用现有且经过验证的ALEPH TPC电子学硬件，以最小化研发工作量和成本。
• 为具有中等性能需求的TPC原型提供可靠的数据采集与存储能力。
• 支持与LCIO数据模型的集成，以实现在未来对撞机实验中标准化的数据处理。

提出的方法

• 系统采用改装的FASTBUS机箱，配备TPD6821 FADC模块和基于VME的CPU（FIC 8234）用于控制与数据采集。
• TPC感光垫的信号经电荷积分电路（2 μs时间常数）预放大并整形为高斯脉冲后进行数字化。
• 8位FADC以12.5 MHz采样率工作，可将最多四个事件（每个事件512个时间片）存储在内存模块中。
• 通过基于TCP的协议将数据从DAQ传输至客户端，使用7位有效载荷，最高位（MSB）设为1，以避免与控制字符冲突。
• 自定义LCIO客户端将数据以LCIO格式写入磁盘，使用TPCHitImpl和TPCPulse类存储FADC脉冲谱数据。
• 运行参数（如集电极电压、磁场强度）存储在LCIO运行头文件中，文件每1000个事件自动分割，文件名采用日期和序列号命名格式。

实验结果

研究问题

• RQ1 现有的ALEPH TPC电子学能否被有效再利用于线性对撞机TPC原型的研发？
• RQ2 经翻新的LEP时代电子学在中等性能TPC测试中可达到何种性能水平？
• RQ3 如何可靠地将基于FADC的TPC读出数据传输并以标准化格式持久化存储，以供未来对撞机实验使用？
• RQ4 该系统在灵活数据记录方面（包括完整脉冲谱和事件边界）的实现程度如何？

主要发现

• DAQ系统实现12.5 MHz采样率与8位分辨率，足以满足TPC系统原型设计与中间阶段测试需求。
• 事件内存深度限制为512个时间片（约41 μs），低于TESLA TDR中1 ms的要求。
• 系统成功使用LCIO格式中的TPCPulse类存储FADC脉冲谱，实现对时间与电荷采样数据的完整访问。
• 数据通过7位TCP协议传输，MSB设为1，避免与控制字符冲突，并使用字符'a'和'e'标记事件的开始与结束。
• 系统支持动态文件分割，每1000个事件生成一个新文件，文件名为前缀.YYYYMMDD.XXX.slcio，其中XXX为序列号。
• 由于采集速度低、功耗高、封装密度低，该系统不适用于最终线性对撞机TPC部署，但作为研发原型表现良好。