高能同步辐射光源逐束团束流位置测量电子学研制
发布时间：2020-12-24 14:32
基于高能同步辐射光源(HEPS)储存环,研制了一套逐束团束流位置测量(BPM)电子学系统,电子学的硬件部分由模拟信号采集板卡和数字信号处理板卡组成,软件部分由底层固件和顶层应用软件组成。系统的采样频率为500 MHz,带宽为1 GHz,对来自储存环BPM探头的4路模拟信号进行数字化,得到束团幅度数据,利用ZYNQ芯片计算出每个束团在真空管道中的位置。逐束团BPM电子学在实验室的测试结果为:输入信号峰峰值小于1.8 V时ADC通道非线性度小于1%,无杂散动态范围约60 dB,灵敏度系数取8.26 mm时位置分辨率优于10μm,测试结果满足HEPS逐束团BPM的需求。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
逐束团BPM电子学系统框图
ADC高速采样模块对来自BPM探头的A、B、C、D 4路模拟信号进行模数转换。信号在该模块中按顺序经过两级巴伦、ADC芯片以及驱动芯片。其中,两级巴伦对模拟信号进行单转差分处理,增强了信号的抗干扰性,差分信号通过阻抗匹配电路以交流耦合的方式进入ADC;ADC芯片对模拟信号进行数字化,采样率为500 MHz,有效位数为12 bit,带宽为1 GHz。HEPS的主频为166.6 MHz,对于1个束团模拟信号,ADC芯片可将其转换成3个12 bit的数字量,其中包含1个有效量和2个无效量,在信号处理中对有效量进行保留,对无效量进行剔除;驱动芯片用于提高ADC芯片的输出能力,确保信号通过高速接插件到达ZYNQ芯片时电平能被正确检测,防止误码的产生。高速时钟扇出模块为ADC提供500 MHz采样时钟,为ZYNQ芯片提供主工作时钟。该模块包含2路输入端口,时钟源可在板卡上的500 MHz晶振和外部输入时钟源之间进行选择。输出端口有5路,可同时输出同相位的500 MHz时钟,其中4路给4片ADC芯片作同步采样时钟,另外1路给ZYNQ芯片作主工作时钟。
测试使用的输入信号为499.8 MHz正弦信号,ADC输出数据格式为二进制补码,ADC正常工作时输出范围为-2 048～2 048。通过调节输入信号的电压幅值来测量ADC线性工作范围。测试结果如图3所示,其中横坐标表示输入测试信号的电压峰峰值,纵坐标表示ADC输出量的绝对值。测试结果表明,输入信号峰峰值小于1.8 V时,ADC能正常工作,在此范围内通道非线性度小于1%。4.2 无杂散动态范围测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BEPCⅡ数据的数字束流位置测量器算法离线分析[J]. 张醒儿,杜垚垚,张琪,王之琢,周嘉申,蓝清宏,黄玺洋,卢艳华,刘芳,麻惠州,叶强,随艳峰,岳军会,曹建社,魏书军. 强激光与粒子束. 2018(10)
[2]Bunch-by-bunch longitudinal phase monitor at SSRF[J]. Yi-Mei Zhou,Han-Jiao Chen,Shan-Shan Cao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(08)
[3]基于BEPCⅡ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现[J]. 马宇飞,周嘉申,曹建社,魏书军,叶强,岳军会,随艳峰,麻惠州,黄玺洋,卢艳华,汪林,杜垚垚,刘芳,王之琢. 原子能科学技术. 2018(10)
[4]Bunch-by-bunch beam size measurement during injection at Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Han-Jiao Chen,Jie Chen,Bo Gao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(06)
[5]Injection transient study using a two-frequency bunch length measurement system at the SSRF[J]. Li-Wu Duan,Yong-Bin Leng,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[6]Development of the bunch-by-bunch beam position acquisition system based on BEEcube[J]. Yong Yang,Yong-Bin Leng,Ying-Bing Yan,Wei-Min Zhou,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2016(02)
[7]BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究[J]. 邓庆勇,曹建社,张源,岳军会,何俊. 强激光与粒子束. 2015(06)
[8]BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用[J]. 邓庆勇,曹建社,岳军会,魏源源,麻惠洲,杜垚垚. 强激光与粒子束. 2014(10)
[9]合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计[J]. 王筠华,刘建宏,郑凯,李为民,刘祖平,孙葆根,杨永良,周泽然. 强激光与粒子束. 2006(02)
本文编号：2935819
【文章来源】：原子能科学技术. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
逐束团BPM电子学系统框图
ADC高速采样模块对来自BPM探头的A、B、C、D 4路模拟信号进行模数转换。信号在该模块中按顺序经过两级巴伦、ADC芯片以及驱动芯片。其中,两级巴伦对模拟信号进行单转差分处理,增强了信号的抗干扰性,差分信号通过阻抗匹配电路以交流耦合的方式进入ADC;ADC芯片对模拟信号进行数字化,采样率为500 MHz,有效位数为12 bit,带宽为1 GHz。HEPS的主频为166.6 MHz,对于1个束团模拟信号,ADC芯片可将其转换成3个12 bit的数字量,其中包含1个有效量和2个无效量,在信号处理中对有效量进行保留,对无效量进行剔除;驱动芯片用于提高ADC芯片的输出能力,确保信号通过高速接插件到达ZYNQ芯片时电平能被正确检测,防止误码的产生。高速时钟扇出模块为ADC提供500 MHz采样时钟,为ZYNQ芯片提供主工作时钟。该模块包含2路输入端口,时钟源可在板卡上的500 MHz晶振和外部输入时钟源之间进行选择。输出端口有5路,可同时输出同相位的500 MHz时钟,其中4路给4片ADC芯片作同步采样时钟,另外1路给ZYNQ芯片作主工作时钟。
测试使用的输入信号为499.8 MHz正弦信号,ADC输出数据格式为二进制补码,ADC正常工作时输出范围为-2 048～2 048。通过调节输入信号的电压幅值来测量ADC线性工作范围。测试结果如图3所示,其中横坐标表示输入测试信号的电压峰峰值,纵坐标表示ADC输出量的绝对值。测试结果表明,输入信号峰峰值小于1.8 V时,ADC能正常工作,在此范围内通道非线性度小于1%。4.2 无杂散动态范围测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BEPCⅡ数据的数字束流位置测量器算法离线分析[J]. 张醒儿,杜垚垚,张琪,王之琢,周嘉申,蓝清宏,黄玺洋,卢艳华,刘芳,麻惠州,叶强,随艳峰,岳军会,曹建社,魏书军. 强激光与粒子束. 2018(10)
[2]Bunch-by-bunch longitudinal phase monitor at SSRF[J]. Yi-Mei Zhou,Han-Jiao Chen,Shan-Shan Cao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(08)
[3]基于BEPCⅡ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现[J]. 马宇飞,周嘉申,曹建社,魏书军,叶强,岳军会,随艳峰,麻惠州,黄玺洋,卢艳华,汪林,杜垚垚,刘芳,王之琢. 原子能科学技术. 2018(10)
[4]Bunch-by-bunch beam size measurement during injection at Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Han-Jiao Chen,Jie Chen,Bo Gao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(06)
[5]Injection transient study using a two-frequency bunch length measurement system at the SSRF[J]. Li-Wu Duan,Yong-Bin Leng,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[6]Development of the bunch-by-bunch beam position acquisition system based on BEEcube[J]. Yong Yang,Yong-Bin Leng,Ying-Bing Yan,Wei-Min Zhou,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2016(02)
[7]BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究[J]. 邓庆勇,曹建社,张源,岳军会,何俊. 强激光与粒子束. 2015(06)
[8]BEPC Ⅱ储存环逐束团丢束监测系统及应用[J]. 邓庆勇,曹建社,岳军会,魏源源,麻惠洲,杜垚垚. 强激光与粒子束. 2014(10)
[9]合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计[J]. 王筠华,刘建宏,郑凯,李为民,刘祖平,孙葆根,杨永良,周泽然. 强激光与粒子束. 2006(02)
本文编号：2935819
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