ATLAS液氩量能器是ATLAS探测器的重要组成部分，用来测量LHC(Large HadronCollider)对撞产生的高能粒子的能量。ATLAS合作组计划利用2018年LHC二期长停机期间对液氩量能器进行Phase-Ⅰ升级。为了能让ATLAS液氩量能器工作在LHC Run-3（2018-2019年）期间3倍于当前亮度的环境下，液氩量能器Phase-Ⅰ升级的重点就是研发数字化触发系统，借此抑制背景噪声，以高效的从背景中筛选出有效事件。更高的探测能量、亮度和读出电子学更高的粒度都引起了数据传输量的显著扩增，因此光纤链路在ATLAS液氩量能器触发读出系统高速、海量数据的传输中起到了至关重要的作用。本文的主要研究工作是提出了光纤数据链路发送器芯片LOCx2中关键的编码方案，并在SoS0.25μm CMOS工艺下实现了核心模块编码器，设计了低延时的链路后端数据接收器FPGA固件，且利用GBT-Link实现了对整个链路系统的有效监控。　　本文的具体研究内容和创新点主要表现在如下几个方面:　　1.ATLAS液氩量能器要求光纤数据链路的前端具备耐辐照能力、功耗≤100mW/Gbps、延迟≤75ns，整个数据链路的延迟≤150ns。目前业界仅有CERN开发的GBT-Link可工作于辐照环境，但其它指标均不满足要求。因此，SMU光电实验室为ATLAS合作组开发了一款符合要求的数据链路。该链路的前端包括数据发送器芯片LOCx2和激光驱动芯片LOCld2。它们都采用SoS0.25μm CMOS工艺设计而成，该工艺使用蓝宝石作为绝缘衬底，对单事件闭锁免疫，具有天然的抗辐照特性。LOCx2中的编码器模块是数据链路前端低延迟、低编码开销、低功耗的关键模块。主要研究工作体现在以下三点:①提出了全新的“LOCic编码”，创造性的将12位的BCID（Bunch Cross Identification）信息编码到了4位字段之中，传输每帧112位的载荷数据相比于8B10B编码来说编码开销从33.9％降至了14.3％，大大降低了链路的功耗。该编码简洁的编码过程也易于实现低延迟的编码器。②编码器版图采用人工精确设计，且通过优化数字器件阈值电压和时钟树、使用流水线技术等方法将编码器的工作频率从该工艺库的极限100MHz提升至320MHz，进一步降低了延迟。③设计三时钟FIFO用以连接编码器与前端两ADC芯片，且使其容忍两个ADC芯片输出信号之间3.125ns的相位不定性。LOCx2芯片有两个数据发送通道，每个通道的输出速率为5.12Gbps，测试表明LOCx2的功耗仅为843mW，整个芯片的延迟≤27.2ns，其中LOCic编码器带来的延迟≤21ns，各指标达到ATLAS液氩量能器的需求。　　2.除了低延迟的编码器之外，为了降低整个数据链路的低延迟还需要设计低延迟的数据接收器。数据接收器由串并转换器和解码器构成，采用商用FPGA实现:①通过优化串行收发器IP核，使其能够接收5.12Gbps的高速串行数据，恢复出高速时钟，对数据进行采样并最终完成串并转换。②采用简洁的解码过程并且让解码器运行在尽量高的频率320MHz下，使延迟降到了最低。③根据单粒子翻转导致链路同步丢失时数据的特点，解码器实现了链路的快速再同步功能。光纤数据链路的测试表明，数据接收器可以成功实现链路的同步，恢复出原始数据和BCID信息，并通过CRC校验。链路的位差错率＜10-12，延迟≤74.25ns，远低于150ns。　　3.为了保证基于LOCx2芯片的光纤数据链路能够正常工作，本文采用GBT-Link实现了对应的控制系统，给光纤数据链路提供时钟、控制信号并监控系统的工作状态。控制链路在后端的FPGA上实现了GBT-Link协议、HDLC协议和通道命令协议收发器，以此完成与前端GBTx和GBT-SCA芯片的双向通讯，并最终利用GBTx和GBT-SCA芯片实现对系统的控制。测试表明在该控制链路的控制下，光纤数据链路能够稳定可靠的传输数据。