PandaX-nT暗物質探測實驗讀出電子學預研系統(tǒng)的研制
發(fā)布時間：2021-06-26 03:11
PandaX-nT升級對電子學系統(tǒng)提出了諸多新的挑戰(zhàn),如更多的通道數(shù)、高速高精度的波形數(shù)字化、靈活的觸發(fā)算法和更高的數(shù)據(jù)帶寬要求等。本文介紹一種為未來PandaX-nT暗物質直接探測升級實驗預研的讀出電子學系統(tǒng)。該電子學系統(tǒng)主要由前置放大電路模塊、波形數(shù)字化模塊（FDM）、數(shù)據(jù)獲取模塊（DAQ）和時鐘分發(fā)模塊等組成。FDM集成8路14 bit@1 GS/s ADC,具有較高集成度,可實現(xiàn)對探測器信號波形數(shù)字化,并通過光纖與DAQ通信。DAQ可匯總多塊FDM數(shù)據(jù),實現(xiàn)全數(shù)字化的觸發(fā)算法,并通過基于TCP協(xié)議的千兆以太網(wǎng)與計算機通信,保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽颗c穩(wěn)定。目前已完成了整個讀出電子學系統(tǒng)設計,并對整個電子學系統(tǒng)進行了功能驗證,以及與探測器進行了初步的聯(lián)合測試。整個電子學系統(tǒng)具有較高的可擴展性,并能實現(xiàn)更復雜的觸發(fā)算法,能滿足下一代升級的需求。
【文章來源】：原子能科學技術. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
讀出電子學預研系統(tǒng)基本結構示意圖
前置放大電路圖
FDM采用PXI 6U標準板卡設計,結構框圖如圖3所示。FDM主時鐘源是時鐘扇出模塊提供的25 MHz同步時鐘,然后通過模塊內PLL Q產(chǎn)生ADC的采樣時鐘、FPGA的工作時鐘和用于JESD204B協(xié)議的SYSREF同步信號,從而保證了整個前端采集系統(tǒng)的時鐘的同步性。由SMA輸入的前放信號,經(jīng)過FDM內部運算放大器轉換成差分信號,并經(jīng)過低通濾波器濾除運放帶來的高頻噪聲后,輸送到AD9680。每片AD9680采樣后的數(shù)據(jù)通過4條10 Gb/s的JESD204B鏈路匯總到FPGA中。在FPGA中,通過來自DAQ的觸發(fā)信號,將觸發(fā)窗口內的有效數(shù)據(jù)全部存儲在FPGA內部RAM中,其余數(shù)據(jù)丟棄;存儲后的有效數(shù)據(jù),經(jīng)添加時間戳、觸發(fā)號等信息后,重新組裝成完整的數(shù)據(jù)幀,并通過光纖將此數(shù)據(jù)幀上傳到DAQ中。1.3 DAQ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]First dark matter search results from the PandaX-Ⅰ experiment[J]. XIAO MengJiao,XIAO Xiang,ZHAO Li,CAO XiGuang,CHEN Xun,CHEN YunHua,CUI XiangYi,FANG DeQing,FU ChangBo,GIBONI Karl L.,GONG HaoWei,GUO GuoDong,HU Jie,HUANG XingTao,JI XiangDong,JU YongLin,LEI SiAo,LI ShaoLi,LIN Qing,LIU HuaXuan,LIU JiangLai,LIU Xiang,LORENZON Wolfgang,MA YuGang,MAO YaJun,NI KaiXuan,PUSHKIN Kirill,REN XiangXiang,SCHUBNELL Michael,SHEN ManBing,STEPHENSON Scott,TAN AnDi,TARL Greg,WANG HongWei,WANG JiMin,WANG Meng,WANG XuMing,WANG Zhou,WEI YueHuan,WU ShiYong,XIE PengWei,YOU YingHui,ZENG XiongHui,ZHANG Hua,ZHANG Tao,ZHU ZhongHua. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(11)
[2]PandaX: a liquid xenon dark matter experiment at CJPL[J]. CAO XiGuang,CHEN Xun,CHEN YunHua,CUI XiangYi,FANG DeQing,FU ChangBo,GIBONI Karl L.,GONG HaoWei,GUO GuoDong,HE Ming,HU Jie,HUANG XingTao,JI XiangDong,JU YongLin,LI ShaoLi,LIN Qing,LIU HuaXuan,LIU JiangLai,LIU Xiang,LORENZON Wolfgang,MA YuGang,MAO YaJun,NI KaiXuan,PUSHKIN Kirill,REN XiangXiang,SCHUBNELL Michael,SHEN ManBing,SHI YuJie,STEPHENSON Scott,TAN AnDi,TARLé Greg,WANG HongWei,WANG JiMing,WANG Meng,WANG XuMing,WANG Zhou,WEI YueHuan,WU ShiYong,XIAO MengJiao,XIAO Xiang,XIE PengWei,YE Tao,YOU YingHui,ZEN XiongHui,ZHANG Hua,ZHANG Tao,ZHAO HaiYing,ZHAO Li,ZHOU XiaoPeng,ZHU ZhongHua. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(08)
博士論文
[1]基于PandaⅩ-Ⅱ實驗探測WIMP與原子核自旋相關的反應[D]. 燕斌斌.山東大學 2019
[2]PandaX地下暗物質實驗電子學與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的研制[D]. 任祥祥.山東大學 2015
本文編號：3250512
【文章來源】：原子能科學技術. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
讀出電子學預研系統(tǒng)基本結構示意圖
前置放大電路圖
FDM采用PXI 6U標準板卡設計,結構框圖如圖3所示。FDM主時鐘源是時鐘扇出模塊提供的25 MHz同步時鐘,然后通過模塊內PLL Q產(chǎn)生ADC的采樣時鐘、FPGA的工作時鐘和用于JESD204B協(xié)議的SYSREF同步信號,從而保證了整個前端采集系統(tǒng)的時鐘的同步性。由SMA輸入的前放信號,經(jīng)過FDM內部運算放大器轉換成差分信號,并經(jīng)過低通濾波器濾除運放帶來的高頻噪聲后,輸送到AD9680。每片AD9680采樣后的數(shù)據(jù)通過4條10 Gb/s的JESD204B鏈路匯總到FPGA中。在FPGA中,通過來自DAQ的觸發(fā)信號,將觸發(fā)窗口內的有效數(shù)據(jù)全部存儲在FPGA內部RAM中,其余數(shù)據(jù)丟棄;存儲后的有效數(shù)據(jù),經(jīng)添加時間戳、觸發(fā)號等信息后,重新組裝成完整的數(shù)據(jù)幀,并通過光纖將此數(shù)據(jù)幀上傳到DAQ中。1.3 DAQ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]First dark matter search results from the PandaX-Ⅰ experiment[J]. XIAO MengJiao,XIAO Xiang,ZHAO Li,CAO XiGuang,CHEN Xun,CHEN YunHua,CUI XiangYi,FANG DeQing,FU ChangBo,GIBONI Karl L.,GONG HaoWei,GUO GuoDong,HU Jie,HUANG XingTao,JI XiangDong,JU YongLin,LEI SiAo,LI ShaoLi,LIN Qing,LIU HuaXuan,LIU JiangLai,LIU Xiang,LORENZON Wolfgang,MA YuGang,MAO YaJun,NI KaiXuan,PUSHKIN Kirill,REN XiangXiang,SCHUBNELL Michael,SHEN ManBing,STEPHENSON Scott,TAN AnDi,TARL Greg,WANG HongWei,WANG JiMin,WANG Meng,WANG XuMing,WANG Zhou,WEI YueHuan,WU ShiYong,XIE PengWei,YOU YingHui,ZENG XiongHui,ZHANG Hua,ZHANG Tao,ZHU ZhongHua. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(11)
[2]PandaX: a liquid xenon dark matter experiment at CJPL[J]. CAO XiGuang,CHEN Xun,CHEN YunHua,CUI XiangYi,FANG DeQing,FU ChangBo,GIBONI Karl L.,GONG HaoWei,GUO GuoDong,HE Ming,HU Jie,HUANG XingTao,JI XiangDong,JU YongLin,LI ShaoLi,LIN Qing,LIU HuaXuan,LIU JiangLai,LIU Xiang,LORENZON Wolfgang,MA YuGang,MAO YaJun,NI KaiXuan,PUSHKIN Kirill,REN XiangXiang,SCHUBNELL Michael,SHEN ManBing,SHI YuJie,STEPHENSON Scott,TAN AnDi,TARLé Greg,WANG HongWei,WANG JiMing,WANG Meng,WANG XuMing,WANG Zhou,WEI YueHuan,WU ShiYong,XIAO MengJiao,XIAO Xiang,XIE PengWei,YE Tao,YOU YingHui,ZEN XiongHui,ZHANG Hua,ZHANG Tao,ZHAO HaiYing,ZHAO Li,ZHOU XiaoPeng,ZHU ZhongHua. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(08)
博士論文
[1]基于PandaⅩ-Ⅱ實驗探測WIMP與原子核自旋相關的反應[D]. 燕斌斌.山東大學 2019
[2]PandaX地下暗物質實驗電子學與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的研制[D]. 任祥祥.山東大學 2015
本文編號：3250512
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