基于NINO芯片的TOT读出电子学系统的研究

介绍了CERN设计的一款基于过阈时间法(Time-Over-Threshold)的ASIC芯片——NINO,并列出了一些基于NINO芯片设计的测试板的测试结果,用于评估该芯片在BES III端盖TOF升级及在中子管位置灵敏探测器中的位置测量中应用的可能性。NINO芯片8通道高度集成,对实验电路板的设计和测试表明,其噪声抖动低(前沿噪声抖动约5.1 ps),可以满足TOT方法中高精度时间测量的要求。     

高精度可编程信号发生器的设计与实现

随着集成电路的发展,现代物理电子设备的仿真、测试、检测和维护过程中,经常需要使用到高精度的信号发生器。传统意义上的信号发生器主要利用振荡器产生信号,但振荡器的精度不高成为了限制其应用范围的瓶颈。所以为了解决高精度的需求,本文利用频率合成的技术,提出了一种基于Sigma-Delta数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)的可编程高精度信号发生器的设计与实现方法。经过实际测量,设计的信号发生器信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)好于110dB,总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)小于-110dB,支持单端和差分输出,同时便携稳定。精度方面远高于市面上可以买到的信号发生器。     

基于FPGA的高速以太网流量发生器

采用高速以太网作为通信介质的高速传感器网络的开发过程中需要对节点的诸如自定义协议的正确性、吞吐能力、丢包率等指标进行测试.。用软件产生以太网流量存在精确性不足等问题,因此需要一款硬件平台产生可自由配置任意格式、长度、帧间隔、填充模式的高速以太网帧流量,以满足系统测试的需要。基于FPGA可以实现这样一个帧发生器,它与传统的逐层封包不同,创造性地采用了与数据并行置入的填充类型选择域作为配置数据,满足了灵活填充的要求。这样的结构具有高速性、灵活性和可扩展性,可全线速产生千兆或百兆以太网帧流量。     

CBM-TOF超级模块高密度数据前端读出设计

为满足超级模块探测器质量评估的数据读出需求,设计了一种基于"三明治"结构的前端高密度数据读出方法。利用FPGA技术实现320通道时间数字化数据读出和自定义协议处理,并通过片内高速串行收发器与光纤进行长距离数据传输。在外部回环模式下的测试结果表明,6 Gb/s高速链路误码率小于10-13的置信度超过95%,接收TDC数据和自定义协议处理功能正常,系统连续稳定运行超过48 h,可满足探测器评估需求。     

用于CBM-TOF超级模块探测器质量控制的分布式数据读出方法

高压缩重子物质(Compressed Baryonic Matter,CBM)实验装置飞行时间谱仪利用由多气隙电阻板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC)探测器构建的超级模块实现高密度、高精度的粒子飞行时间测量,该超级模块可支持高达320通道的高精度时间测量能力,数据率高达6 Gbit·s~(-1)。为实现超级模块探测器的性能评估,提出一种基于千兆以太网的分布式数据读出方法,利用片上系统技术实现读出节点的千兆网络传输能力。测试结果表明,针对单条数据传输路径,原型读出模块在全链路情况下,能实现约467 Mbit·s-1的综合数据传输速率。读出方案中事例组装、命令发送、状态显示等功能均运行正常。     

一种用于高能物理实验的时钟相位精确同步方法

现代高能物理实验中,对时钟系统有着精度和稳定性的要求。高速串行通信技术,因其能够在进行数据传输的同时进行时钟数据恢复而得到广泛应用。针对因此带来的恢复时钟相位不确定性,设计了一种基于串并转换技术和FPGA的时钟同步方法,能够为高能物理实验多节点时钟系统提供精确相位同步的时钟。该方法利用FPGA内部硬件资源对恢复时钟进行处理,串并转换芯片自带的状态位和优秀的串并转换能力极大地简化了系统设计,并增强了系统性能。     

基于lwIP的电梯实时通话系统实现

各地电梯事故频发,电梯五方对讲系统是乘客被困后用于紧急求援的重要手段。针对电梯实时通话系统的需求和稳定性问题,设计了一种基于物联网的智能电梯监控分布式系统的实现方案,在此基础上详细介绍了基于lwIP的实时网络通话的软件实现,并使用Speex语音压缩技术减少网络带宽占用,优化了通话实时性,保证了电梯监控中心服务器在多部电梯通话请求并发情况下的稳定性。     

基于CompactRIO的数据采集模块设计

CompactRIO广泛应用于各类嵌入式控制和检测应用系统,但现有CompactRIO采集模块中缺少高集成度、高精度的采集模块,为解决高精度采样的需求,设计了基于NI CompactRIO的带自校准功能的高精度数据采集模块。模块在73.38 mm×66.04 mm面积内实现6通道24位的数据采集,THD优于108 dB,噪声RMS低于1.2μV。模块还根据内部精确参考源对ADC进行偏移和增益校准,经内部增益校准可将通道的幅度一致性从1.5%提高到5×10 6。     

基于FPGA无线远程遥控爆炸系统

针对地震勘探的需求,设计了一种通用、可靠的长距离无线远程遥控爆炸系统。该系统基于FPGA+STM32架构,不仅效率高、功耗低、体积小,并具有很强的系统稳定性。系统收发数据时,首先对数据进行卷积编码、Viterbi译码,能够有效地降低系统的误码率。利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为主控制器,系统能够有效地处理数据,实现了远距离可靠引爆、控制和采集。     

不依赖于子波的声波多尺度全波形反演方法

伴随着油气勘探目标复杂性的日益增加,对速度场建模和成像方法都提出了更高的要求。声波介质下的全波形反演方法是现阶段精度最高的速度场建模方法,在复杂介质速度场建模方面具有一定的应用前景。然而,传统的波形反演方法对地震子波的准确性具有较高的依赖性,并且在地震数据主频较高的情况下难以得到有效的反演结果。为此,基于声波方程,通过修改维纳滤波器,通过利用参考道构建滤波器,提出了一种不依赖于子波的全波形反演方法,能够有效避免波形反演对子波的依赖性。由于滤波器目标子波选取较为自由,该方法可以与多尺度反演策略有机结合,实现频率由低到高的递进反演,能够进一步提高反演的稳定性。理论分析和模型试算证明,采用不依赖于子波的多尺度反演方法能够有效避免子波提取问题,在子波错误的情况下可以得到准确的反演结果,并且能够在保证反演稳定性的基础上提高反演精度,反演效果优于传统的波形反演方法。