發(fā)布時(shí)間：2017-12-23 02:12

  本文關(guān)鍵詞：基于開關(guān)電容陣列ASIC的多通道波形數(shù)字化電子學(xué)設(shè)計(jì)　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在核與粒子物理試驗(yàn)中,基于高速采樣技術(shù)進(jìn)行探測(cè)器信號(hào)的全波形數(shù)字化,可以得到更全面更詳細(xì)的物理信息,是目前物理實(shí)驗(yàn)讀出電子學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在大規(guī)模物理實(shí)驗(yàn)中,其電子學(xué)通道往往數(shù)以萬計(jì),傳統(tǒng)的基于高速ADC(Analog-to-Digital Converter)的波形數(shù)字化技術(shù),因其功耗大、集成度低、成本高昂等因素已不能滿足應(yīng)用需求。而基于開關(guān)電容陣列(Switched Capacitor Arrays,SCAs)的波形數(shù)字化技術(shù),采用高速模擬采樣配合相對(duì)低速的量化電路,可實(shí)現(xiàn)以較低功耗達(dá)到高速采樣的目的,目前得到了廣泛的關(guān)注和研究。因此,國內(nèi)外積極進(jìn)行基于SCA的波形數(shù)字化技術(shù)的探索和研究,多個(gè)科研機(jī)構(gòu)都在展開基于SCA的專用集成電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)的設(shè)計(jì),并已有若干款A(yù)SIC投入在大型物理實(shí)驗(yàn)中使用,例如地中海大型天體高能物理研究ANTARES實(shí)驗(yàn)、納米比亞的地面切倫科夫望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)H.E.S.S-Ⅱ?qū)嶒?yàn)等。目前國內(nèi)相關(guān)研究所和高校也在積極展開基于SCA的波形數(shù)字化及ASIC設(shè)計(jì)的研究工作。本論文研究工作是在核探測(cè)與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科大部已設(shè)計(jì)完成的一款SCA芯片基礎(chǔ)上,展開了多通道集成的波形數(shù)字化系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電子學(xué)模塊上集成8個(gè)通道,采樣率達(dá)2 Gsps,電路的配置和讀出控制功能集成在單個(gè)FPGA中完成,該模塊還包含SDRAM緩存及USB數(shù)據(jù)傳輸接口。此外,還在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行了一系列測(cè)試,以評(píng)估其性能指標(biāo)。本論文的內(nèi)容安排如下:第一章首先介紹了當(dāng)今物理實(shí)驗(yàn)中的波形數(shù)字化技術(shù)研究背景,并分別調(diào)研討論了基于高速ADC和SCA的兩種波形數(shù)字化技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用。第二章介紹了波形數(shù)字化技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù),分別介紹了用于波形數(shù)字化的高速ADC和時(shí)間并行交替采樣技術(shù),以及基于SCA的設(shè)計(jì)技術(shù)。第三章介紹了此多通道波形數(shù)字化電子學(xué)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。首先對(duì)使用的SCA芯片展開介紹,之后介紹了此波形數(shù)字化模塊的總體結(jié)構(gòu)以及各組成部分的具體硬件電路設(shè)計(jì),最后對(duì)FPGA中的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。第四章主要為此波形數(shù)字化系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果,主要包括靜態(tài)性能測(cè)試、瞬態(tài)波形測(cè)試和系統(tǒng)帶寬測(cè)試等。測(cè)試結(jié)果表明,此波形數(shù)字化模塊采樣率達(dá)2 Gsps,線性輸入動(dòng)態(tài)范圍為100 mV～1V,INL好于1%,采樣通道RMS噪聲約為1.92 mV,帶寬約為430 MHz,達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。第五章對(duì)本論文進(jìn)行了總結(jié),并展望了未來進(jìn)一步工作。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O57;TN402

【參考文獻(xiàn)】

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1 張春春;;試論電源設(shè)計(jì)中的電容選用規(guī)則[J];無線互聯(lián)科技;2015年20期

2 王s，

本文編號(hào)：1321994