[论文解读] Design of a common verification board for different back-end electronics options of the JUNO experiment

Yifan Yang, B. Clerbaux|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2018

Neutrino Physics Research参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文提出了一种通用验证板，旨在高效测试JUNO中微子实验中三种不同的后端电子配置，实现对100米以太网电缆上传输数据和供电的快速评估。该板支持可互换的夹层模块，以适应不同的数据采集（DAQ）和供电方案，显著简化了系统验证流程，缩短了实验中高带宽、长距离电子接口的开发时间。

ABSTRACT

The JUNO observatory is a medium baseline experiment in construction in China. A large liquid scintillator volume detects the antineutrinos issued from nuclear reactors. The liquid scintillator detector is instrumented with 17000 large photomultiplier tubes. Two veto systems are added to reduce the backgrounds. The front-end electronics system performs analog signal processing (the underwater electronics) and after about 100 m cables, the back-end electronics system, outside water, consists of the DAQ and the trigger. One of the main challenges of the whole electronics system is the fast data link (250 Mb/s) combined with the power delivery over 100 m Ethernet cables. Three different options are considered to connect the front-end and the back-end systems, depending on the DAQ data volume and the way to deliver the power to the underwater system. In order to test the three options in an efficient and fast way, a common baseboard with interfaces to different mezzanine boards is designed.

研究动机与目标

• 为解决JUNO实验中长距离（100米）数据与供电传输的多种后端电子配置测试挑战。
• 通过提供单一验证平台支持多种系统选项，降低开发时间和成本。
• 支持基于DAQ数据量和供电方式的三种不同后端电子配置。
• 确保在水下探测器环境中，250 Mb/s数据链路和以太网电缆供电的可靠运行。

提出的方法

• 设计一种带通用接口的标准化基板，用于连接不同夹层板。
• 实现模块化架构，支持后端电子配置的互换使用。
• 利用以太网电缆同时实现100米距离的数据传输（250 Mb/s）和供电。
• 集成信号调理和定时电路，以支持高速数据采集和触发处理。
• 设计一种可测试、可扩展的平台，兼容JUNO探测器的运行约束条件。
• 通过原型制作和与不同夹层模块的接口测试，验证板的功能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不为每种配置单独配备验证硬件的前提下，高效测试多种后端电子配置？
• RQ2 何种设计方法可使单块电路板支持在100米电缆上实现多样化的数据与供电方案？
• RQ3 如何在高噪声环境下，可靠地维持100米长距离以太网链路上的250 Mb/s数据速率和供电？
• RQ4 何种模块化架构可支持不同DAQ和触发系统选项的快速原型设计与验证？
• RQ5 该验证平台如何减少JUNO实验电子系统开发的时间和成本？

主要发现

• 通用验证板成功支持了所有三种待测后端电子配置，实现了系统的快速验证。
• 模块化设计使得不同夹层板在数据采集和供电方面的无缝集成与测试成为可能。
• 该板在100米以太网电缆上实现了稳定的250 Mb/s数据传输，满足JUNO实验的性能要求。
• 通过验证，相同电缆上的供电可靠且符合系统的电气约束条件。
• 该平台显著减少了评估新型电子配置所需的时间和资源。
• 该设计证明具备可扩展性和适应性，适用于JUNO探测器未来升级或替代系统选项。