基于FPGA的超导加速器低电平控制系统设计

发布时间：2020-10-10 19:26

　　 低电平控制系统,英文简称为LLRFCS(Low Level Radiation Frequency Control System),主要应用于超导加速器或者超导加速舱等加速器领域。其主要功能是稳定高频腔的频率、高频信号的幅度和相位在一定的范围,并使超导腔能够长期稳定的工作,超导腔的性能指标对束流品质影响很大。近年来,低电平技术逐渐从模拟低电平控制技术向数字IQ技术发展,这大大提高了低电平系统的性能,并且对低电平系统的硬件设计提出了很高的要求。本项目采用高性能FPGA作为主控芯片,高效的ADC+FPGA+DAC数据处理架构具有强大的数字信号处理解调电路,主控制板集成标准以太网高速接口、高速USB接口搭建起可进行高速信号矢量IQ解调、大容量存储和可实时与上位机通信等功能的复杂低电平控制系统。论文研究的主要内容包括:1、对低电平控制系统各个模块功能需求进行了分析,通过对低电平控制系统基本结构的介绍,确定了低电平控制系统整体构架和硬件电路的方案设计。2、在低电平控制系统的设计中,高速信号采集的硬件实现具体包括了系统采样时钟电路和采样电路的硬件设计等;高速数字信号处理模块的硬件实现具体包括了FPGA芯片的选型、FPGA芯片的管脚资源分配和板载数据缓存硬件电路的设计等;数据接口模块的硬件实现具体包括了以太网数据接口、高速USB总线接口的硬件电路设计等;最后设计了数字信号恢复部分的硬件电路。3、对于电源模块的设计,统计并分析了整个低电平控制系统的电源种类及其功耗需求,设计了符合要求的电源电路。4、最后对所设计的低电平系统电源模块以及FPGA开发板的硬件电路设计部分进行了测试,测试结果表明本论文硬件电路设计的正确性,能够满足低电平控制系统项目的需求,从而验证了论文方案设计的正确性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL53
【部分图文】：

2图 1.1 SNS 中超导舱剖视图和实物图中国在这个领域起步晚，虽然北京大学、中国原子能科学研究院核物理研究所、中科院高能物理研究所、上海应用物理研究所正在努力发展我国的超导技术，但至今还没有形成自己成熟的技术体系。例如：BEPCII 和上海光源所用的超导舱是从日本等国高价购买的（上海光源从德国 ACCEL购买的一个单单元腔超导舱价格是 130 多万美元）。发展我国自己的超导技术已刻不容缓。现在是发展我国超导加速器技术的关键时刻。特别是发展超导舱技术。一旦中国形成了自己的技术体系，超导舱的造价就会显著的降低，在此基础上，中国就可以制造出世界最前沿的能源、材料和生物科研仪器。该技术产品

长安大学硕士学位论文是基于模拟技术，由于模拟技术本身的缺陷，例如，模拟技术大量使用模拟器体积大，响应速度慢，系统更新和调试不方便等都是使用模拟技术无法避免的问控制器的性能受限，而进入二十一世纪，大多使用数字控制技术来实现高频低馈控制[10]。.1 低电平控制系统国外研究现状瑞士光源采用 ELETTRA 型高频腔[11]，采用模拟技术建造[12]。其低电平系统 1.2 所示[13]，180kW 连续波速管通过波导供给能量，检波器产生的幅度与参考较，得到的误差信号用来控制主路的衰减器，使腔上电压幅度保持不变。

加拿大光源低电平系统的幅度和相位环路
【参考文献】

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本文编号：2835486