發(fā)布時間：2020-04-17 11:42

【摘要】：TPC探測器作為高分辨率的粒子徑跡探測器,在高能物理和天文物理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,而開發(fā)出合適的讀出系統(tǒng)是這些應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵一步。針對GEM讀出的TPC探測器,清華大學(xué)核電子學(xué)實驗室研制出了前端讀出專用ASIC芯片CASCA,該芯片集成了前放成形、基線恢復(fù)器和開關(guān)電容陣列等電路,提供了 32路電子學(xué)通道。基于CASCA芯片,本論文提出了一種模塊化、點對點設(shè)計的TPC探測器讀出系統(tǒng)方案,并研制讀出系統(tǒng)硬件電路,設(shè)計FPGA固件程序,開發(fā)上位機GUI監(jiān)控軟件。讀出系統(tǒng)硬件電路分為三大模塊:前端調(diào)理板、適配板和FMC主控板。在充分研究CASCA芯片電子學(xué)原理基礎(chǔ)上,設(shè)計了與之相匹配的采樣讀出邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng),選用了 8通道輸出的高性能時鐘芯片、低功耗低成本FPGA芯片和1OMsps采樣率、12bits精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。并針對今后更高的數(shù)據(jù)吞吐需求,提出采用SRIO協(xié)議實現(xiàn)板間高速傳輸?shù)姆桨浮ａ槍ψx出系統(tǒng)中觸發(fā)模式選擇、時鐘輸出和軟觸發(fā)等控制需求,設(shè)計了一套實用的指令控制方案,實現(xiàn)了上位機指令對讀出系統(tǒng)電子學(xué)的控制。同時,開發(fā)了與之匹配的上位機GUI監(jiān)控軟件,實現(xiàn)了采樣數(shù)據(jù)的波形顯示和對讀出系統(tǒng)電子學(xué)的友好控制。讀出系統(tǒng)方案基于多對一連接的設(shè)計思想,多個適配板使用HDMI線纜與主控板連接。對于同類型前端讀出芯片,修改前端調(diào)理板即可達到兼容目的,對于更多電子學(xué)通道的TPC探測器,調(diào)整主控板的數(shù)量即可滿足需求。經(jīng)測試,讀出系統(tǒng)穩(wěn)定工作,板間SRIO協(xié)議傳輸實測速度高達2.014Gbps,單通道采樣的積分非線性INL 小于 0.55%。
【圖文】：

則作為ＦＥＣ的即插即用卡。在實際設(shè)計中，多個ＳＲＳ前端ＡＳＩＣ卡通過ＨＤＭＩ連逡逑接線與適配卡連接，適配卡則采用成熟的ＰＣＩＥ接口插入ＦＥＣ卡，并一起安裝在標逡逑準機箱中。ＳＲＳ設(shè)計框架圖和ＳＲＳ的ＤＡＱ前端讀出單元實物圖如下圖１．１和圖１．２逡逑所示：逡逑邐ｎ邋ＪＪ＜－？？？－＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊￣￣｜￣Ｔ＂＂＊＊＂＊＊＊＊＊＊＊￣＇￣￣Ｅｕｒｏｃｒａｉｅ逡逑ＱＱＱＱｙ逡逑ＭｉＷＭｉＷ逡逑ＳｔｆｉＵａＥＳＳ邋ｍｘｔｍＷＭｍ逡逑ｌＥＢＩＢＢ逡逑ＩｌＤＥＴＥＣＴＯＲ邋１］邋Ｉ邋ｌ｜邐ＤＥＴＥＣＴＯＲ邋２邐丨逡逑圖１．１邋ＳＲＳ讀出系統(tǒng)設(shè)計框圖逡逑２逡逑

則作為ＦＥＣ的即插即用卡。在實際設(shè)計中，多個ＳＲＳ前端ＡＳＩＣ卡通過ＨＤＭＩ連逡逑接線與適配卡連接，適配卡則采用成熟的ＰＣＩＥ接口插入ＦＥＣ卡，并一起安裝在標逡逑準機箱中。ＳＲＳ設(shè)計框架圖和ＳＲＳ的ＤＡＱ前端讀出單元實物圖如下圖１．１和圖１．２逡逑所示：逡逑邐ｎ邋ＪＪ＜－？？？－＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊￣￣｜￣Ｔ＂＂＊＊＂＊＊＊＊＊＊＊￣＇￣￣Ｅｕｒｏｃｒａｉｅ逡逑ＱＱＱＱｙ逡逑ＭｉＷＭｉＷ逡逑ＳｔｆｉＵａＥＳＳ邋ｍｘｔｍＷＭｍ逡逑ｌＥＢＩＢＢ逡逑ＩｌＤＥＴＥＣＴＯＲ邋１］邋Ｉ邋ｌ｜邐ＤＥＴＥＣＴＯＲ邋２邐丨逡逑圖１．１邋ＳＲＳ讀出系統(tǒng)設(shè)計框圖逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O572.212

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本文編號：2630822