基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现

BEPCⅡ加速器的束流位置测量系统（BPM）模拟电子学经过十余年的运行逐渐老化，故障率上升，亟需进行升级改造。本文根据该需求，自行设计了基于BEPCⅡ系统参数的数字BPM电子学系统，内容包括模拟信号处理电子学、数字信号处理电子学、BPM固件算法逻辑、数据获取软件以及系统测试等多个部分。设计的数字BPM电子学系统经实验板级性能测试、实验室系统测试以及在线束流测试，结果表明该系统能满足BEPCⅡ装置对束流位置测量的需求。     

数字BPM电子学在束流位置测量中流强依赖性研究

在BPM测量系统中,流强依赖(BCD)是影响BPM测量精度和可靠性的一个重要因素,本文通过对BPM信号处理链路分析、BPM计算方法的研究,探索在BPM测量过程中产生流强依赖的主要原因;并利用Matlab模拟实验、实验室测试、实际束流测试,找到解决BPM测量流强依赖的方法。研究结果表明,BPM信号处理通道的非线性、ADC的直流偏置是产生BPM测量流强依赖的两个主要因素。本文经过对BPM射频信号处理电路改进,对BPM信号算理算法的优化工作,解决了自研数字BPM电子学的流强依赖性问题。     

基于直方图的数字化束流位置处理器检测方法

数字化束流位置处理器(DBPM)是基于北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)和高能同步辐射光源(HEPS)等工程需求研发的束流位置测量核心设备之一。针对DBPM模拟数字转换(ADC)模块的批量测试需求,提出了用直方图检验ADC性能的方法。直方图的形状可确定ADC的锁相功能和输入信号幅值。使用分离算法获取直方图中每个峰对应的数据,并计算统计量。建立每个峰的统计量与时钟抖动和信噪比(SNR)的映射关系。分别用仿真和实验的方式验证该方法的有效性。直方图法是一种简单、快速且准确的测量DBPM ADC性能的方法,该方法已植入DBPM自动测试平台,成功应用于DBPM产品的批量检测。     

HEPS快速轨道反馈系统网络拓扑结构的设计与实现

快速轨道反馈（Fast Orbital Feedback,FOFB）系统是影响高能同步辐射光源（High Energy Photon Source,HEPS）轨道稳定性的重要因素之一，在设计时应尽可能提高FOFB系统的有效反馈带宽。基于该需求，为HEPS的FOFB系统设计了两层环路集中计算式的系统网络拓扑结构，并在此基础上设计完成了FOFB系统信号传输链路的可编程阵列逻辑（Field Programmable Gate Array,FPGA）固件算法逻辑，内容包括束流位置获取、环路数据传输、FOFB算法、电源控制接口以及系统测试等多个部分。经实验室测试验证，当前结构下的FOFB系统总延迟时间约为140μs，满足HEPS装置对FOFB系统有效反馈带宽的需求。