基于高速ADC的TOF-SIMS数据采集系统的设计与实现
发布时间：2020-12-27 09:07
飞行时间二次离子质谱（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometer,TOF-SIMS）作为当今重要的表面分析技术之一,它将二次离子质谱技术与飞行时间质量分析技术相结合,具有分析速度快和分辨率高的优势,在地质学、生物学和环境科学等领域得到了广泛应用。数据采集系统用于采集仪器输出的离子信号,采集结果会直接影响仪器的分辨率和精度等重要参数,是仪器的关键部件之一。本论文依托于国家重大科学仪器设备开发专项项目“同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器”,为TOF-SIMS仪器设计一种基于高速ADC的数据采集系统。首先,本文通过对比两种用于TOF-SIMS仪器的数据采集技术:ADC（Analog-to-Digital Conversion）和TDC（Time-to-Digital Conversion）,并根据TOF-SIMS仪器对数据采集系统的需求,确定了以高速ADC为核心的采集系统总体设计方案。然后,以总体设计方案为依据,完成了系统的硬件电路设计、FPGA时序逻辑设计和系统驱动程序开发三部分内容。硬件电路包括宽频带差分调理电路、ADC与FPGA接...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
宽频带差分调理电路
图 3.2 调理电路仿真波形 高速模数转换电路设计.1 ADC12D1600 芯片简介ADC12D1600[42]是 TI 公司生产的一款高性能、低功耗的 CMOS 高速器件，其内部结构如图 3.3 所示，该芯片的分辨率为 12 位，内置两个好的模数转换通道，在双通道单独工作模式下，每个通道的采样Gsps，在双通道交替采样的工作模式下，单片 ADC 的采样率最高Gsps。芯片满功率输入带宽为 2.8GHz，采用 1.9V 单电源供电，差分信并行 LVDS（低压差分信号）电平输出，为了保证在采集过程中，高够准确的进行传输，芯片中每个模数转换通道都提供了可同步数据的
图 3.3 ADC12D1600 内部结构图 ADC 与 FPGA 接口电路 ADC12D1600 芯片采用 1:2 DMUX 输出数据时，每个输出通道的数400MHz，由于 ADC 采用双边沿采样的方式，输出数据的速率实Hz[42]，FPGA 接收如此高速的数据具有一定难度。为了解决这一问题 FMC（FPGAMezzanine Card）接口作为 ADC 与 FPGA 之间的数据FMC[43]是由美国国家标准协会（ANSI）发布的一种专用于 FPGA 的该接口可为 FPGA 提供具有高数据传输带宽的 I/O 管脚。整个 FMC和子卡两部分构成，以 FPGA 为核心的板卡称之为载卡，子卡主要构成，载卡和子卡可在不需要任何协议的情况下进行数据传输，可
【参考文献】：
期刊论文
[1]德州仪器(TI)宣布推出两款全新全差分放大器[J]. 季建平. 半导体信息. 2014(06)
[2]一种高速ADC动态性能参数测试的新方法[J]. 张永伟. 舰船电子对抗. 2014(03)
[3]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
[4]飞行时间-二次离子质谱技术在大气气溶胶研究中的应用进展[J]. 倪润祥,李红,伦小秀,温冲. 安全与环境学报. 2012(05)
[5]PCI总线数据模拟器设计[J]. 罗中伟,张遂南,徐嘉良. 现代电子技术. 2012(20)
[6]飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(上)[J]. 孙立民. 质谱学报. 2012(01)
[7]多通道高精度时间-数字转换器的研制[J]. 李清江,徐欣,孙兆林,李楠,李耀立,周振. 质谱学报. 2010(01)
[8]一种超高速并行采样技术的研究与实现[J]. 黄武煌,王厚军,曾浩. 电子测量与仪器学报. 2009(08)
[9]USB3.0通用串行接口技术[J]. 高振江. 电子元器件应用. 2009(07)
[10]高速背板中时钟电路设计[J]. 江浩. 电子测量技术. 2006(01)
硕士论文
[1]基质辅助激光解析仪高速数据采集系统设计和实现[D]. 王惠.中国人民解放军军事医学科学院 2017
[2]基于0.13μm CMOS工艺脉冲超宽带系统中高速低功耗ADC研究与设计[D]. 王峥.中国科学技术大学 2014
[3]基于FPGA与USB2.0的便携式数据采集系统的设计[D]. 高冰.电子科技大学 2010
[4]飞行时间质谱仪中高速数据采集系统关键技术的研究[D]. 龙涛.吉林大学 2009
[5]飞行时间质谱仪数据获取系统设计[D]. 郑伟.中国科学技术大学 2009
本文编号：2941475
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
宽频带差分调理电路
图 3.2 调理电路仿真波形 高速模数转换电路设计.1 ADC12D1600 芯片简介ADC12D1600[42]是 TI 公司生产的一款高性能、低功耗的 CMOS 高速器件，其内部结构如图 3.3 所示，该芯片的分辨率为 12 位，内置两个好的模数转换通道，在双通道单独工作模式下，每个通道的采样Gsps，在双通道交替采样的工作模式下，单片 ADC 的采样率最高Gsps。芯片满功率输入带宽为 2.8GHz，采用 1.9V 单电源供电，差分信并行 LVDS（低压差分信号）电平输出，为了保证在采集过程中，高够准确的进行传输，芯片中每个模数转换通道都提供了可同步数据的
图 3.3 ADC12D1600 内部结构图 ADC 与 FPGA 接口电路 ADC12D1600 芯片采用 1:2 DMUX 输出数据时，每个输出通道的数400MHz，由于 ADC 采用双边沿采样的方式，输出数据的速率实Hz[42]，FPGA 接收如此高速的数据具有一定难度。为了解决这一问题 FMC（FPGAMezzanine Card）接口作为 ADC 与 FPGA 之间的数据FMC[43]是由美国国家标准协会（ANSI）发布的一种专用于 FPGA 的该接口可为 FPGA 提供具有高数据传输带宽的 I/O 管脚。整个 FMC和子卡两部分构成，以 FPGA 为核心的板卡称之为载卡，子卡主要构成，载卡和子卡可在不需要任何协议的情况下进行数据传输，可
【参考文献】：
期刊论文
[1]德州仪器(TI)宣布推出两款全新全差分放大器[J]. 季建平. 半导体信息. 2014(06)
[2]一种高速ADC动态性能参数测试的新方法[J]. 张永伟. 舰船电子对抗. 2014(03)
[3]一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法[J]. 陈刚,张京,唐建. 兵工自动化. 2014(05)
[4]飞行时间-二次离子质谱技术在大气气溶胶研究中的应用进展[J]. 倪润祥,李红,伦小秀,温冲. 安全与环境学报. 2012(05)
[5]PCI总线数据模拟器设计[J]. 罗中伟,张遂南,徐嘉良. 现代电子技术. 2012(20)
[6]飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(上)[J]. 孙立民. 质谱学报. 2012(01)
[7]多通道高精度时间-数字转换器的研制[J]. 李清江,徐欣,孙兆林,李楠,李耀立,周振. 质谱学报. 2010(01)
[8]一种超高速并行采样技术的研究与实现[J]. 黄武煌,王厚军,曾浩. 电子测量与仪器学报. 2009(08)
[9]USB3.0通用串行接口技术[J]. 高振江. 电子元器件应用. 2009(07)
[10]高速背板中时钟电路设计[J]. 江浩. 电子测量技术. 2006(01)
硕士论文
[1]基质辅助激光解析仪高速数据采集系统设计和实现[D]. 王惠.中国人民解放军军事医学科学院 2017
[2]基于0.13μm CMOS工艺脉冲超宽带系统中高速低功耗ADC研究与设计[D]. 王峥.中国科学技术大学 2014
[3]基于FPGA与USB2.0的便携式数据采集系统的设计[D]. 高冰.电子科技大学 2010
[4]飞行时间质谱仪中高速数据采集系统关键技术的研究[D]. 龙涛.吉林大学 2009
[5]飞行时间质谱仪数据获取系统设计[D]. 郑伟.中国科学技术大学 2009
本文编号：2941475
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