通用粉末衍射仪电子学系统控制电路的设计与实现

发布时间：2020-04-17 03:17

【摘要】：中国散裂中子源(CSNS)是由高能质子打靶产生脉冲式中子源的大型科学装置。通用粉末衍射仪(GPPD)是CSNS首批建设的三台谱仪之一,通过对物质的磁和晶体两方面的研究,满足了物理、纳米科学、化学、生物以及材料科学等领域的工业和研究要求。GPPD谱仪采用二维位置灵敏探测器(SSND)探测中子,闪烁体将光信号转化成电信号并由光电倍增管放大输出,经电子学系统获取到达探测器的中子飞行时间信息,并将信息送到后端的数据获取系统,供用户分析和使用。以CSNS的GPPD电子学系统为背景,通过专业学习和芯片调研,设计了一款基于Xilinx公司Spartan6系列型号为XC6SLX75T FPGA的电子学控制电路,并制作了6层PCB板,在ISE14.4环境下完成FPGA固件开发,主要实现了实时信号和用户数据的传输。实时信号传输是基于Aurora协议光纤传输,采用81B/10B编解码,以线速度2.5Gbps速率、帧控形式传输实时信号,此方式传输省去了传统电缆传输实时信号带来的大量电缆铺设问题；用户数据是基于TCP/IP网络协议传输,通过TCP/IP协议将数据传输到PC上,供用户分析查看,此传输方式将原本属于主机CPU有的工作转移到控制电路上完成,减轻了CPU负担,加速了网络处理能力。基于控制电路板,针对实时信号光纤传输做了传输延时和抖动测试,针对TCP/IP网络传输做了验证。测试结果表明：Aurora协议光纤传输实时信号最大传输延时不超过600ns,最大传输抖动不超过4ns,满足系统最大传输延时不超过1μs和最大传输抖动不超过0.1μs的要求；TCP/IP协议传输测试验证了此传输方式的正确性和可靠性。
【图文】：

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(4)能达到的最好分辨率为么^//￡/=0.2%。通用量粉末衍射仪（GPPD)的基本结构示意图如图1.1所示。：：a裳荆簷 ::?.；图1.1通用量粉末衍射仪（GPPD)的基本结构示意图GPPD 懫用二维位置灵敏探测器(SSND, Symptom Scale of NeurotransmitterDeficiency)探测，探测的信息由光电倍增管输出给电子学系统（ElectronicsSystem),由于传输给电子学系统的中子信息是非常微弱的信息，，因此需要通过电子学对中子入射位置信息和中子飞行时间信息进行放大、画别和汇总最后送到在线数据获取系统（DAQ，Data Acquisition System),供科研和企业使用。数据获S蜗低橙砑饕饔檬窃诵锌刂啤⒒袢『痛砬岸说缱友低乘屠础⒍允萁写娲ⅰ⒉捎弥狈酵枷允尽⒁约岸郧岸说缱友Ы行Ｗ伎潭鹊萚“、GPPD探测装置示意图如图1.2所示。/ …， I Electronics ^ …^Detector > ▲ > DAQsystem/图1.2 GPPD探测装置示意图电子学系统主要包括四个部分：前端读出电子学（pre-readout circuit)、数据汇总电路(data collection circuit),控制电路(control circuit)以及 PCIE 接口插卡，电子学系统示意图如图1.3所示。前端读出电子学对探测器送来的数据进行电荷放大、成形和壚别处理后得到数字数据，通过数据汇总电路对数据进行汇总，再由PCIE接口插件将汇总的数据存入PC机中，控制电路主要作用是接收外部系统的实时信号TO和用户数据Z1?Z8

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获取系统（DAQ，Data Acquisition System),供科研和企业使用。数据获软件主要作用是运行控制、获取和处理前端电子学系统送来、对数据进行采用直方图显示、以及对前端电子学进行校准刻度等[“、GPPD探测装置如图1.2所示。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL817

【参考文献】