【摘要】：中國散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是國家在建的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,由加速器提供高能質(zhì)子轟擊金屬靶而產(chǎn)生高通量的中子源,將為國內(nèi)外科學(xué)家提供世界一流的中子科學(xué)綜合實驗裝置。通用粉末衍射儀(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)是CSNS首批建設(shè)的三臺譜儀之一,采用大面積位置靈敏型閃爍體中子探測器(Position-sensitive Scintillation Neutron Detector,SSND)。SSND的輸出信號經(jīng)波移光纖吸收重發(fā)射后輸入到多陽極光電倍增管(Multi-anode Photo Multiplier Tubes,MaPMT),由電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。MaPMT_v10是高能物理研究所自主研發(fā)的一款適用于閃爍體中子探測器光電倍增管信號讀出的16通道專用集成電路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC),每個通道包括電荷靈敏前置放大器、濾波成形、甄別和單穩(wěn)態(tài)輸出電路。本文設(shè)計了閃爍體中子探測器光電倍增管讀出電路,采用MaPMTB_v10對光電倍增管輸出的模擬信號進(jìn)行放大、成形、甄別,輸出的數(shù)字信號由FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,實時獲取系統(tǒng)所需的時間信息和位置信息,通過USB2.0協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至上位機進(jìn)行驗證。論文主要內(nèi)容包括:對閃爍體中子探測器讀出電路的設(shè)計需求進(jìn)行分析;完成讀出電路的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,并按照信號輸入模塊、模擬信號處理模塊、FPGA數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊、時鐘模塊等進(jìn)行硬件設(shè)計;完成讀出電路PCB版圖設(shè)計;使用Verilog HDL語言在ISE14.4開發(fā)環(huán)境下完成了FPGA固件開發(fā)。最后對讀出電路板的數(shù)據(jù)處理及傳輸功能進(jìn)行了測試,并對ASIC的線性、噪聲等性能進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明,該讀出電路實現(xiàn)了對中子到達(dá)時間及位置信息的獲取及傳輸,ASIC的線性度范圍為0.72%-1.1%,等效輸入噪聲典型值為5.49f C,滿足設(shè)計要求。
[Abstract]:China Spallation Neutron Source (China Spallation Neutron Source,CSNS) is a major scientific and technological infrastructure under construction in China. High throughput neutron sources are produced by high energy protons bombarded metal targets by accelerators. Will provide the world-class neutron science comprehensive experimental equipment for the domestic and foreign scientists. The universal powder diffractometer (General Purpose Powder Diffractometer,GPPD) is one of the first three spectrometers built by CSNS. The output signal of a large area position sensitive scintillator neutron detector (Position-sensitive Scintillation Neutron Detector,SSND) .SSND is absorbed and retransmitted by wave-shifted optical fiber and input to a multi-anode photomultiplier tube (Multi-anode Photo Multiplier Tubes,MaPMT). The data processing is carried out by electronic system. MaPMTv10 is a high-energy substance. The Institute has developed a 16-channel specialized integrated circuit (Application-specific Integrated Circuit,ASIC), each of which includes a charge-sensitive preamplifier, for readout of a photomultiplier tube signal from a scintillator neutron detector. Filter shaping, screening and Monostable output Circuits. In this paper, the readout circuit of photomultiplier tube for scintillator neutron detector is designed. The analog signal of photomultiplier tube is amplified, formed and identified by MaPMTB_v10, and the digital signal is processed by FPGA. The time and position information of the system is obtained in real time, and the data is transmitted to the upper computer by USB2.0 protocol for verification. The main contents of this paper are as follows: the design requirements of the scintillator neutron detector readout circuit are analyzed, the whole structure of the readout circuit is designed, and according to the signal input module, the analog signal processing module and the FPGA data processing module are presented. Data transmission module, power supply module, clock module and so on are designed; PCB layout design of readout circuit is completed; FPGA firmware is developed in ISE14.4 development environment by using Verilog HDL language. Finally, the data processing and transmission functions of the readout circuit board are tested, and the linearity and noise of ASIC are tested. The test results show that the readout circuit achieves the linear range of 0.72-1.1 for the acquisition and transmission of neutron arrival time and position information, and the equivalent input noise is 5.49fC, which meets the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O571.53;TN152

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本文編號：2208099