高能同步輻射光源逐束團束流位置測量電子學研制
發(fā)布時間：2020-12-24 14:32
基于高能同步輻射光源(HEPS)儲存環(huán),研制了一套逐束團束流位置測量(BPM)電子學系統(tǒng),電子學的硬件部分由模擬信號采集板卡和數(shù)字信號處理板卡組成,軟件部分由底層固件和頂層應用軟件組成。系統(tǒng)的采樣頻率為500 MHz,帶寬為1 GHz,對來自儲存環(huán)BPM探頭的4路模擬信號進行數(shù)字化,得到束團幅度數(shù)據(jù),利用ZYNQ芯片計算出每個束團在真空管道中的位置。逐束團BPM電子學在實驗室的測試結果為:輸入信號峰峰值小于1.8 V時ADC通道非線性度小于1%,無雜散動態(tài)范圍約60 dB,靈敏度系數(shù)取8.26 mm時位置分辨率優(yōu)于10μm,測試結果滿足HEPS逐束團BPM的需求。
【文章來源】：原子能科學技術. 2020年09期 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
逐束團BPM電子學系統(tǒng)框圖
ADC高速采樣模塊對來自BPM探頭的A、B、C、D 4路模擬信號進行模數(shù)轉換。信號在該模塊中按順序經過兩級巴倫、ADC芯片以及驅動芯片。其中,兩級巴倫對模擬信號進行單轉差分處理,增強了信號的抗干擾性,差分信號通過阻抗匹配電路以交流耦合的方式進入ADC;ADC芯片對模擬信號進行數(shù)字化,采樣率為500 MHz,有效位數(shù)為12 bit,帶寬為1 GHz。HEPS的主頻為166.6 MHz,對于1個束團模擬信號,ADC芯片可將其轉換成3個12 bit的數(shù)字量,其中包含1個有效量和2個無效量,在信號處理中對有效量進行保留,對無效量進行剔除;驅動芯片用于提高ADC芯片的輸出能力,確保信號通過高速接插件到達ZYNQ芯片時電平能被正確檢測,防止誤碼的產生。高速時鐘扇出模塊為ADC提供500 MHz采樣時鐘,為ZYNQ芯片提供主工作時鐘。該模塊包含2路輸入端口,時鐘源可在板卡上的500 MHz晶振和外部輸入時鐘源之間進行選擇。輸出端口有5路,可同時輸出同相位的500 MHz時鐘,其中4路給4片ADC芯片作同步采樣時鐘,另外1路給ZYNQ芯片作主工作時鐘。
測試使用的輸入信號為499.8 MHz正弦信號,ADC輸出數(shù)據(jù)格式為二進制補碼,ADC正常工作時輸出范圍為-2 048～2 048。通過調節(jié)輸入信號的電壓幅值來測量ADC線性工作范圍。測試結果如圖3所示,其中橫坐標表示輸入測試信號的電壓峰峰值,縱坐標表示ADC輸出量的絕對值。測試結果表明,輸入信號峰峰值小于1.8 V時,ADC能正常工作,在此范圍內通道非線性度小于1%。4.2 無雜散動態(tài)范圍測試
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于BEPCⅡ數(shù)據(jù)的數(shù)字束流位置測量器算法離線分析[J]. 張醒兒,杜垚垚,張琪,王之琢,周嘉申,藍清宏,黃璽洋,盧艷華,劉芳,麻惠州,葉強,隨艷峰,岳軍會,曹建社,魏書軍. 強激光與粒子束. 2018(10)
[2]Bunch-by-bunch longitudinal phase monitor at SSRF[J]. Yi-Mei Zhou,Han-Jiao Chen,Shan-Shan Cao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(08)
[3]基于BEPCⅡ的數(shù)字束流位置探測器信號處理算法的FPGA實現(xiàn)[J]. 馬宇飛,周嘉申,曹建社,魏書軍,葉強,岳軍會,隨艷峰,麻惠州,黃璽洋,盧艷華,汪林,杜垚垚,劉芳,王之琢. 原子能科學技術. 2018(10)
[4]Bunch-by-bunch beam size measurement during injection at Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Han-Jiao Chen,Jie Chen,Bo Gao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(06)
[5]Injection transient study using a two-frequency bunch length measurement system at the SSRF[J]. Li-Wu Duan,Yong-Bin Leng,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[6]Development of the bunch-by-bunch beam position acquisition system based on BEEcube[J]. Yong Yang,Yong-Bin Leng,Ying-Bing Yan,Wei-Min Zhou,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2016(02)
[7]BEPCⅡ逐束團測量系統(tǒng)的研制及應用研究[J]. 鄧慶勇,曹建社,張源,岳軍會,何俊. 強激光與粒子束. 2015(06)
[8]BEPC Ⅱ儲存環(huán)逐束團丟束監(jiān)測系統(tǒng)及應用[J]. 鄧慶勇,曹建社,岳軍會,魏源源,麻惠洲,杜垚垚. 強激光與粒子束. 2014(10)
[9]合肥光源逐束團測量和橫向束流反饋系統(tǒng)設計[J]. 王筠華,劉建宏,鄭凱,李為民,劉祖平,孫葆根,楊永良,周澤然. 強激光與粒子束. 2006(02)
本文編號：2935819
【文章來源】：原子能科學技術. 2020年09期 北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
逐束團BPM電子學系統(tǒng)框圖
ADC高速采樣模塊對來自BPM探頭的A、B、C、D 4路模擬信號進行模數(shù)轉換。信號在該模塊中按順序經過兩級巴倫、ADC芯片以及驅動芯片。其中,兩級巴倫對模擬信號進行單轉差分處理,增強了信號的抗干擾性,差分信號通過阻抗匹配電路以交流耦合的方式進入ADC;ADC芯片對模擬信號進行數(shù)字化,采樣率為500 MHz,有效位數(shù)為12 bit,帶寬為1 GHz。HEPS的主頻為166.6 MHz,對于1個束團模擬信號,ADC芯片可將其轉換成3個12 bit的數(shù)字量,其中包含1個有效量和2個無效量,在信號處理中對有效量進行保留,對無效量進行剔除;驅動芯片用于提高ADC芯片的輸出能力,確保信號通過高速接插件到達ZYNQ芯片時電平能被正確檢測,防止誤碼的產生。高速時鐘扇出模塊為ADC提供500 MHz采樣時鐘,為ZYNQ芯片提供主工作時鐘。該模塊包含2路輸入端口,時鐘源可在板卡上的500 MHz晶振和外部輸入時鐘源之間進行選擇。輸出端口有5路,可同時輸出同相位的500 MHz時鐘,其中4路給4片ADC芯片作同步采樣時鐘,另外1路給ZYNQ芯片作主工作時鐘。
測試使用的輸入信號為499.8 MHz正弦信號,ADC輸出數(shù)據(jù)格式為二進制補碼,ADC正常工作時輸出范圍為-2 048～2 048。通過調節(jié)輸入信號的電壓幅值來測量ADC線性工作范圍。測試結果如圖3所示,其中橫坐標表示輸入測試信號的電壓峰峰值,縱坐標表示ADC輸出量的絕對值。測試結果表明,輸入信號峰峰值小于1.8 V時,ADC能正常工作,在此范圍內通道非線性度小于1%。4.2 無雜散動態(tài)范圍測試
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于BEPCⅡ數(shù)據(jù)的數(shù)字束流位置測量器算法離線分析[J]. 張醒兒,杜垚垚,張琪,王之琢,周嘉申,藍清宏,黃璽洋,盧艷華,劉芳,麻惠州,葉強,隨艷峰,岳軍會,曹建社,魏書軍. 強激光與粒子束. 2018(10)
[2]Bunch-by-bunch longitudinal phase monitor at SSRF[J]. Yi-Mei Zhou,Han-Jiao Chen,Shan-Shan Cao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(08)
[3]基于BEPCⅡ的數(shù)字束流位置探測器信號處理算法的FPGA實現(xiàn)[J]. 馬宇飛,周嘉申,曹建社,魏書軍,葉強,岳軍會,隨艷峰,麻惠州,黃璽洋,盧艷華,汪林,杜垚垚,劉芳,王之琢. 原子能科學技術. 2018(10)
[4]Bunch-by-bunch beam size measurement during injection at Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Han-Jiao Chen,Jie Chen,Bo Gao,Yong-Bin Leng. Nuclear Science and Techniques. 2018(06)
[5]Injection transient study using a two-frequency bunch length measurement system at the SSRF[J]. Li-Wu Duan,Yong-Bin Leng,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2017(07)
[6]Development of the bunch-by-bunch beam position acquisition system based on BEEcube[J]. Yong Yang,Yong-Bin Leng,Ying-Bing Yan,Wei-Min Zhou,Ren-Xian Yuan,Zhi-Chu Chen. Nuclear Science and Techniques. 2016(02)
[7]BEPCⅡ逐束團測量系統(tǒng)的研制及應用研究[J]. 鄧慶勇,曹建社,張源,岳軍會,何俊. 強激光與粒子束. 2015(06)
[8]BEPC Ⅱ儲存環(huán)逐束團丟束監(jiān)測系統(tǒng)及應用[J]. 鄧慶勇,曹建社,岳軍會,魏源源,麻惠洲,杜垚垚. 強激光與粒子束. 2014(10)
[9]合肥光源逐束團測量和橫向束流反饋系統(tǒng)設計[J]. 王筠華,劉建宏,鄭凱,李為民,劉祖平,孫葆根,楊永良,周澤然. 強激光與粒子束. 2006(02)
本文編號：2935819
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