一、背景

    大型强子对撞机（LHC）在欧洲核子研究组织，被称为欧洲核子研究中心，最近因为Higgs玻色子–所谓上帝粒子的发现而吸引大众的眼球。欧洲核子研究中心在瑞士和法国边境附近的日内瓦的地底下100米深的地方，设有一个高能量的对撞机，用于探索高能物理。这是一个巨大的高能物理设施，在世界上没有其他的设施配套可以与之相比。

     对撞机操作一对反向旋转的粒子环四实验，颗粒从相反的方向彼此碰撞，彼此有交叉，说明短暂存过，最近也发现Higgs波色子 。

     大部分的注意力都被集中于捕获所有可用的数据以确定新粒子的实验上，然而监测环本身也是一个重大的关键点，这个是需要通过打开模拟信号信息系统来实现，该系统称为OASIS。从对撞机监控传来的信号可以敲打很多地方，所以要确保系统中的每个点都是可用的。

     一个像CERN这样的拥有大量预算资金的组织，虽然已确保其预算与政府财政支持赞助，该系统也是具有成本效益的。OASIS系统利用一套数字化仪获得信号，信号是通过以太网系统转送到使用者那里的，但设备非常昂贵，不可能每个监控信号都用一种数字化仪。pickering的开关系统是用来让OASIS系统从各种可用的信号中选择需要显示的信号，开关系统是基于VXI和最近的cPCI的解决方案的，这是其中的改进的地方。

二、升级CERN系统

     欧洲核子研究中心每两年都会升级其系统，对撞机的能量可以提高很多（几乎翻了一番），升级之后可以进行更多的新物理探讨。对撞机进行（二月2013）这个升级的计划，未来将有更多的需求的。升级过程是少不了OASISI系统的升级的。

     显示器信号给开关系统提出了不少的难题。欧洲核子研究中心希望在每个位置能选择16个最多104个信号进行数字化。模拟信号的频率内容很多很多MHz，有从不同的显示器上得来的相近的潜在差异。这主要是通道以及带宽之间的串扰上的困扰。如果一个高层次的源信号被选择，同时从一个较低的水平上不同的通道的信号也被选择，然后大信号会分为小信号，这样会混淆控制器的。

     CERN面临的另一个重要问题是对撞机的规模太大，你不能从这个位置很快就去到另一个位置，就算隧道里已经装备了自行车，也是很困难的。远距离的操作是任何一个解决方案都得具备的基本要求。

三、设计新的OASIS开关系统

     CERN找到了pickering以寻找建立一个新的开关系统的建议，他们的目的是想在计划中的升级过程中进行开关系统的升级。基础的要求是用一个拥有10MHz的带宽和一个最大可达104x16的矩阵。经过谈论之后，我们发现，通道之间的串扰是一个最值得考虑的部分，还有就是系统本身的尺寸的要求让利用传统的产品来解决这个问题是不可能的，还有无法达到目标和远超出了预算的要求。

     明显的是矩阵不得不比在每一个模拟信号中放置一个数字化仪更加优惠。这个优越的平台是在工业计算机中的PCI，但是它明显是在加载了PCI的模块之后无法将它添加到开关系统中，在cPCI和PXI中也存在着同样的问题。

图1  CERN的要求（在高达16个数字化仪上连接高达104个模拟数据源）

     为了得到一个高性能的矩阵模块，这就要求开关系统来决定最后的方案中的产品类型--这就排除了在方案中使用任何固定模块化的平台的可能。一个模块需要的是使得矩阵系统的大小在不同的位置中是可以升级的，这就要求矩阵式有不能的规格的，可能在一个位置要求的是一个64x16的矩阵，在另一个位置要求的是一个106x16的矩阵。系统也可以跟随着传感器的数目的变化和通道数目的变化来改变他们的要求。这就表明了一个可以升级的模块是必须要的，而且模块的大小是需要适合矩阵的设计的要求的。这就激励着Pickering Interfaces考虑使用一个大小很灵活可以改变的的LXI路由器。

四、LXI 路由器

     LXI拥有对于CERN很有用的特点，因为他们中的大部分已经用到了以太网数据，所以说将LXI矩阵连接到它之上是没有多大的问题的。LXI控制也意味着他们可以在没有添加内部控制器的情况下管理它们的网络，这是LXI的产品网络服务中心带来的好处。

     在讨论另一个问题的过程之中，碰撞机上进行得的实验是非常多的，并且昂贵的管理费用，CERN想要的是找出了在矩阵中的开关有一个大的错误并且有预防监控的操作。在得知Pickering Interfaces已经在LXI和PXI（叫做BIRST）进行了自行的测试，CERN要求在开关系统中进行一系列自行的测试，还有就是在理想的状态下，开关是需要同轴的连接器，测试也必须是可以在连接到一个没有供电电源或者是负载的输入和输出中是可用的。可以添加和运行设备将是一个OASIS的一个有力的工具。

图2  65-110矩阵模块

     最后被CERN采纳的是65-110 带宽模块化LXI矩阵。这个开关矩阵式基于一个拥有专用的模拟总线系统的机箱。在机箱里面有一套可以用来安装的插件，在左手边的部分提供了一个可以用在数字化仪的16Y的连接器。一套X插件也提供了一个模拟信号输入，在模块插件上增加8个信号。X插件的数目可以从一个（8off X连接器）到多大13个（104off X连接器）进行扫描，允许用户在机箱的限制范围内创建任何尺寸的矩阵。不用安装第二个Y插件就可以允许创建一个Y=8的系统--虽然CERN没有要求这个设置，但是其他的用户可能会在他们要求拥有一个小的系统的时候会觉得这个是一个优点。这个设计是用户完全可以进行设置的，插件模块可以进行物理安装或者是不安装，并且在LXI控制器中的固件将会识别和设置，然后可以根据已经安装的插件模块的大小来改装矩阵的大小。这个基于网络的软件面板，是一个在LXI标准上建立的，它允许矩阵不用安装驱动。

图3  65-110软件控制界面

     这个矩阵式一个超前的方案，但是这个模块的大小是鳞状的，是为了装在应用中，而不是根据特别的标准来安装的。65-110的插件和模拟总线系统是必须要很仔细地为了RF功能来进行设计，特别是串扰，这个可以确保它是可以在系统应用中使用的。RF （射频信号）的带宽是高于300MHz的，并且可以在低串扰的情况下驱动，还有优秀的电压驻波比。

     跟许多流行的设备一样，模块的通讯是通过一个PCIe接口和一个LXI控制器来实现的，这个是一个简单的矩阵，所以，LXI控制器让用户很容易就可以对矩阵进行编程。LXI控制器隐藏了开关系统的复杂性，矩阵在用户面前显示的只是一个实体，而不是一个单独的子组件。它表现更像一个可用的设备，而不是一个模块设备。

     这个设计用了一个在插件模块底层的模拟总线，并不是用了一个在模块系统中的插件的背面--是在一个矩阵内的，它让X和Y轴的信号线在正确的角度里拥有更多的意义，这个是为了提高串扰和隔离的能力。LXI的这个特点不是限制在模块的固定的大小内的，或者是放置一个模拟总线的，这样Pickering Interfaces就有能力根据开关的要求去设计一个更加超前的设备。

图4  65-110允许通过设置页便捷地添加自行测试通道

     65-110 LXI矩阵包括了一个自行测试的设备，可以检测错误的继电器的所有的信号路径（关闭，打开和高阻抗）。这个设计用了一个低水平的信号，所以用户的连接器不需要在测试的时候断开（同时可以测试100个同轴的连接器），并且，自主测试可以在LXI的网络接口中开始，也不用在用户距离矩阵很远的地方的情况下，添加额外的用户控制器。

     显示器也包括在Pickering Interfaces的LXI产品中，这就允许用户在没有任何矩阵的编程通道的情况下显示矩阵的设置，LXI系统允许在拥有多个控制器的情况下，非常容易创建系统。一个控制器可以设置开关，另一个不同的控制器可以用来在没有扰乱编程的情况下监视设置的过程。

五、总结

     CERN的要求表明了LXI为其提供的优秀的平台，这个平台用来创建不同的拥有高性能的开关系统，这个开关是复杂的，也是带有远程控制功能的。CERN将要利用LXI的65-110开关矩阵作为OASIS系统的一部分，用于进行下一次更高性能的碰撞机试验中。

六、参考

     可以登陆虹科电子的网站以及发邮件到support@hkaco.com了解关于LXI开关模块的更多信息。 

     如果你想要看一下CERN是怎么样进行它的实验的，可以在他们的网站上看到详细的消息。以下的链接提供了可以参考的资料：

http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/04/animation-shows-lhc-data-processing 
http://home.web.cern.ch/about/engineering 
http://home.web.cern.ch/about/accelerators 
https://project-oasis.web.cern.ch/project-oasis/