SHINE腔式BPM系统射频信号调理前端研制

基于低温超导直线加速器的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）需1个分辨率可达200 nm的束流位置测量系统,以实现电子束与光子束在波荡器中的紧密相互作用和能量交换。现已研制的束流位置测量系统不能完全满足上述要求,为此,基于对关键技术指标的分配,设计研制了一个由C波段腔式探头、低噪声系数的单路下变频至低中频的射频信号调理前端以及专用数字信号束流位置处理器构成的CBPM系统样机。而作为连接腔式探头和数字信号采集电子学之间的桥梁,射频信号调理前端（radio frequency front end, RF前端）的结构和性能也直接决定了CBPM系统的性能。本文从SHINE对CBPM系统的整体需求为出发点,分析了系统对射频信号调理前端的指标分配,提出了一种放大器开关切换型RF前端的方案设计,并成功搭建了1套可模拟束流条件的离线全锁相采样测试平台。此外,在上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）中搭建了测试平台并完成了射频信号调理前端的带束性能评估,束流实验结果表明,在束团电荷量为100 pC、系统动态范围在±100 μm的条件下,采用腔式探头射频信号一分二的评估方法,位置分辨率可达71 nm,优于设计指标需求。     

新型双宽带共栅-共源低噪声放大器设计

为适应各种核探测器输出电信号放大电路的需求,设计了一种新型双宽带共栅-共源低噪声放大器。该放大器利用宽频带输入阻抗匹配网络和一种新的增益-带宽积优化技术,通过减小共栅-共源CMOS器件的寄生电容来优化双宽带LNA在高频带的GBW,从而实现带宽和增益之间很好的权衡,并获得理想的噪声性能。实验结果表明,在低频带模式和高频带模式下,-3 dB的带宽和峰值增益分别为3.0～4.7 GHz和13.3 dB,7.2～9.3 GHz和13.5 dB;在低频带模式和高频带模式下,测得的最小NF分别为4.48 dB和6.19 dB。     

多通道双增益高速放大器的研制

本文介绍一个多通道双增益高速放大器插件的设计,分析了该放大器系统的设计原理,介绍了测试方法及其性能指标.该插件采用高速电路设计,对快脉冲信号放大具有出色性能,其中2倍和8倍增益通道的3dB带宽分别大于440 MHz和280 MHz,本征上升时间小于2 ns.该放大器系统已通过性能测试,并用于丰中子区放射性核素的β缓发实验中.     

新型加速器数字低电平系统射频前端设计

本文介绍了基于MicroTCA.4标准的新型宽带射频前端的设计。该射频前端可以实现300MHz~6 GHz频率范围内的下变频及50 MHz~6 GHz范围内的矢量调制上变频。同时射频前端具有可调衰减、温度监测、功率检波、IQ校准、板卡管理等功能。通过测试,板卡下变频端口间隔离度大于70d B,下变频线性区间大于35 d B,幅度误差小于0.03%,相位误差小于±0.03°;上变频载波泄露小于-45 d Bm,边带抑制大于50 d B。     

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。     

羊八井大型水契伦科夫探测器中双增益大动态范围前放的研制

介绍了羊八井大型水契伦科夫探测器中前置放大器的预研设计,分析了该前放的设计原理,介绍了测试方法和性能指标。该前放接收光电倍增管输出信号,采用双增益和差分输出设计方案。对该前置放大器原型电路的测试结果表明,该前放两通道增益分别为2倍和34倍,-3 dB带宽均大于150MHz,可满足0.5 mV～2 000 mV的输入信号大动态范围及远距离传输信号的实验需求。     

一种用于测量气载放射性碘的模拟信号采样电路

介绍了一种为气载放射性碘探测器研制的模拟电路。在探测器设计方案中,打破了传统上将前置放大器与主放大器分离的思想,将电荷灵敏前置放大电路与主放大电路置于探头以内;为了实现信号脉冲的较长距离传输,在信号电缆前端设置了既有电流放大又具备阻抗匹配功能的驱动电路,该驱动电路实现了在信号电缆后端免接地匹配电阻的需求,增强了探头的电子学兼容性。该研究成果得到理论与试验的验证,对工程应用具有较大参考价值。     

基于I/Q解调原理的校准方法及实验

同相/正交(In-phase/Quadrature,I/Q)解调技术广泛应用于射频信号相位控制系统。I/Q器件存在固有误差,如直流偏置、幅度不平衡、相位不平衡和电路长度不等。这些误差会导致输出的I/Q轨迹呈椭圆,相位为非线性,影响相位鉴别的精度。为减小误差带来的影响,提出一种基于I/Q解调技术的软件校准方法,并将此方法在自制基于贴片式芯片集成的I/Q解调印刷电路板上验证。测试表明,输出的I/Q信号经校准后相位误差≤±0.15°,幅度稳定度≤±1%,通道延时≤10 ns。此板卡设计和校准方法已在新升级的上海光源储存环高频束流丢失分析系统中的射频信号前端预处理中使用,各项指标均满足束流丢失分析系统中射频信号监测的要求。     

浮动核电站系统典型用泵动力吸振器的设计

浮动核电站系统典型用泵（典型泵）在系统运行期间振动线谱突出,加大了整个系统的振动水平。本文以典型泵在49 Hz处的振动特征线谱为控制对象,开展动力吸振器的设计研究。结合系统运行环境、吸振器吸振原理、安装方式等多方面因素,初步提出吸振器设计参数,并探讨吸振器几何参数、质量、阻尼对吸振频率的影响;建立典型泵的动力吸振器有限元模型,验证动力吸振器的吸振效果,并分析吸振器质量、阻尼、安装个数对吸振性能的影响。结果表明:动力吸振器满足在8~400 Hz的频率范围内可调,加装动力吸振器后典型泵在49 Hz处的振动线谱控制效果可达到7.3 dB。      

大面积GEM中子探测器高计数率读出电子学系统研制

研制并测试了GEM中子探测器的512通道高计数读出电子学系统,以满足中国散裂中子源高效率、高分辨、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求。系统以Kintex-7 FPGA作为系统控制和数据分析的核心,使用8块AS20Board前端芯片对灵敏面积为200 mm×200 mm的探测器的两个维度的信号进行读出,读出通道为256×256。读出数据经FPGA分析后通过千兆以太网传输至计算机显示。计算机可通过千兆以太网发送配置指令对前端采样电路和FPGA算法进行配置。系统与探测器组装后在中子束流实验中测得系统最高瞬时计数率为(1.2±0.1)×10~6 s~(-1),系统运行稳定,受噪声干扰小。