基于波形采样技术的数据读出方法与电路研究

发布时间：2017-12-23 00:00

  本文关键词：基于波形采样技术的数据读出方法与电路研究　出处：《中国科学院研究生院(近代物理研究所)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：波形采样数据读出方法相对于传统的数据读出方法具有系统集成度高、电路结构简单、一套电路多参数测量等优点,有着广阔的应用前景。传统的基于FADC(Flash ADC)的波形采样技术在粒子物理实验中得到了广泛应用,但其功耗、成本以及电路的复杂程度已经无法满足现代粒子物理实验发展的需求。新型的基于开关电容矩阵(Switched-Capacitor Arrays,SCA)的波形采样技术在成本、功耗等方面具有很大的优势,是未来粒子物理发展的重要方向之一。目前,国内外都相继开展了基于SCA波形采样技术的研究和应用。随着半导体工艺、集成电路设计和计算机技术的发展,基于SCA的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)技术逐渐趋于成熟。在国外,已经出现了多款基于SCA设计的ASIC芯片,并成功应用于粒子物理实验。在国内,基于SCA波形采样技术的研究才刚刚开始,主要是针对PSI(Paul Scherrer Institute)设计的DRS4(Domino Ring Sampler)芯片开展波形采样技术的研究和应用。本论文在课题组前期研究的基础上,对基于DRS4波形采样技术的应用开展了进一步的研究。现有波形数字化前端板死时间约为248?s,通过USB总线和上位机进行数据交互,这些限制了它在粒子物理实验中的应用范围。针对上述问题,我们对其进行了改进和重新设计。改进后的波形数字化前端板死时间降低为31?s,并通过光纤进行数据传输,能够实现大数据量的长距离传输。同时,根据提出的设计要求,设计实现了一套高速数据采集系统。系统由波形数字化前端板、高速数据传输板和上位机软件组成。高速数据传输板可连接4块波形数字化前端板,整个采集系统最大模拟输入通道为32路。高速数据传输板通过PCI Express总线和上位机进行数据交互,设计并实现了由高速数据传输板向上位机发起的DMA(Direct Memory Access)数据传输。该高速数据采集系统具有较低的死时间、高的采样率、高输入带宽和高的数据传输速率,且具有一定的通用性,可用于对采样率和传输距离有较高要求的粒子物理实验。文中对改进后的波形数字化前端板的性能进行了详细测试,并对整个高速数据采集系统的性能进行了初步测试。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.21

【参考文献】

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本文编号：1321560