基于开关电容阵列(SCA)技术可以实现超高速的波形数字化。本研究是基于实验室设计完成的FEL SCA芯片进行8通道2 Gsps的波形数字化模块的设计,电路的配置和读出控制功能集成在单个FPGA中完成,此外该模块还包含SDRAM缓存及USB接口。目前已在实验室环境下对其进行了直流电压测试、瞬态波形测试和带宽测试,测试结果表明,在FEL SCA芯片的输入动态范围100 m V～1 V之间,本波形数字化模块的INL好于1%,通道的RMS噪声约为1.76 m V,带宽约为450 MHz,达到设计目标。
介绍了在兰州近代物理所建设的兰州重离子加速器冷却储存环外靶实验读出电子学预研系统中触发系统的需求特点以及基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)总线规范进行触发系统的设计研究。触发系统根据高能物理实验特点将各探测器的电子学通道输入信号进行分级处理,产生携带触发信息的次级触发信号上传至上一级触发处理模块,并最终结合整个系统的各子触发信号,产生最终的触发信号发送至各子探测器系统用于触发判选。通过与探测器进行的联合调试,验证了基于PXI总线构架的触发系统的功能和指标,并为完整系统的设计和扩展提供了一个重要的参考。
描述了为兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验系统硅微条阵列探测器而设计的前端电子学模块。该模块采用专用ASIC芯片,可以处理96路能量信号。对前端电子学模块的性能进行了测试,结果表明,该模块在0.1～0.7 V范围内的积分非线性好于0.3%;其电子学分辨好于0.45%,最大串扰小于10%;通道一致性测试结果好于1.3%;在室温下连续工作24 h后,零点峰位最大漂移为1.48 m V。
为了实现对高重频硬X射线自由电子激光装置(SHINE)条带型BPM(Beam Position Monitor)系统信号的数字化采样和处理,研制了高重频束流采集处理器原型样机。处理器拥有四通道输入,最高达1GSps的采样率,16bit采样位数,采用XILINX公司带有嵌入式CPU(Central Processing Unit)的ZYNQ系列FPGA(Field Programmable Gate Array),可以运行Linux系统,同时可以实现高速采样数据的缓存与读出。处理器采用子母板结构设计,子板为ADC(Analog To Digital Converter)采样板,母板为FPGA数字处理板,子母板通过FMC(FPGA Mezzanine Card)接口进行数据传输。ADC采用JESD204B协议进行数据传输,子母板间通过16对差分信号连接通道,最大总传输速率达到80Gbps。ADC采样数据传入数字母板后,经过FIFO和DDR的缓存,最后通过TCP/IP协议由RJ45接口传输到上位机进行处理和分析,RJ45接口的数据传输速率约为900Mbps。经过测试,ADC采集子板的带宽高于480MHz,且在480 MHz带宽内有效位高于10位。FPGA数字母板运行经Petalinux编译的Linux系统,可以实现对连续或者触发模式下,四通道一百万个采样点的存储与数据传输。整个设计可以满足设计要求。
