基于FPGA的高性能坎贝尔积分算法研究

为满足国际热核聚变实验堆的宽量程中子通量测量需求,设计了基于FPGA和交流耦合平方积分的高性能数字化坎贝尔积分算法,拥有更强γ抑制能力的同时将中子甄别系统的测量范围从10⁵ s^-1提高到10⁸ s^-1。结合²³⁵U裂变室及坎贝尔测量原理研究了数字化坎贝尔积分算法,通过仿中子脉冲实验分析了脉冲甄别计数算法和坎贝尔积分算法重叠区域的工作性能,并得出坎贝尔积分算法在不同噪声下的适用条件,从而保证测量相对误差小于5%。使用基于该算法的测量系统在HL-2A进行了现场实验,对照脉冲甄别计数算法的测量结果进行标定,二者一致性非常好,在测量重叠范围内线性系数达0.97。     

基于FPGA的PET晶体位置映射图数据采集的算法研究

PET晶体位置映射图数据采集是PET数据采集和图像重建系统的重要组成部分。采用Xilinx公司推出的快速可编程门阵列(FPGA)开发环境System Generator for DSP系统设计工具进行平板PET晶体位置映射图数据采集的算法研究;在Lyrtech VHS-ADC开发平台上进行软硬件协同仿真与验证,在开发设计上可大幅度地缩短开发周期,节约成本。实验结果:PET晶体位置映射图白色散点清晰,易于分割,满足PET数据采集系统的要求。     

基于FPGA的电荷测量系统设计

介绍了一种基于FPGA的电荷测量系统.该系统具有并行、高速、高精度的数据处理能力.系统输入信号首先经过模拟调理电路放大、成型、滤波,然后送给ADC进行采样,采样后的数据送到FP-GA内部进行处理,最后通过USB总线传送到上位机.系统设计主要包括前端模拟信号的调理部分、ADC模数转换部分,FPGA处理和USB接口部分.最后给出了整个系统的测试结果.     

基于FPGA的PSM高压电源脉冲控制器的研制

文章介绍了在PSM高压电源控制系统中,应用FPGA实现PSM模块步进时间间隔最小为1μs的精确定时.通过控制各个PSM模块的开通与关断,实现高压的输出与关闭.文章从硬件平台选择、控制逻辑设计、实验数据分析等方面着手,介绍了PSM电源脉冲控制器的设计与实现.实验表明:该脉冲控制器实时性良好,性能稳定可靠,满足PSM高压电源的控制需求.     

基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器

为了研制数字化γ能谱仪,采用现场可编程逻辑器件（FPGA）和硬件描述语言（HDL）,完成了关键的数字多道脉冲幅度分析器（DMCA）的设计。利用ModelSim软件对该设计进行了功能仿真和优化。在此基础上通过电路设计建立了数字化能谱测量实验装置,实测了^137Csγ能谱,测量结果与相同条件下InSpector2000谱仪的实测谱完全吻合。由此证明该基于FPGA的DMCA设计正确可行,具有实用性。     

基于FPGA的8通道高速计数器的研制

介绍了一种基于FPGA的8通道高速定时计数器的NIM插件的设计原理与实现.电子学测试表明该插件能够响应最小脉宽为2ns的脉冲输入,最高计数率达到170MHz,定时精度为100ns.插件可以在联机和脱机两种模式下工作:联机工作模式下,PC机通过USB接口控制插件工作,实时地在主机上采集和显示各通道计数状态,并支持多个相同设备的热插拔;脱机模式下,可通过本地面板控制插件工作及显示各通道计数值.     

核信息终端FPGA控制设计

描述了核信息终端数据采集系统中FPGA的控制功能设计与实现。根据终端数据采集系统的硬件结构,采用VHDL语言对FPGA的控制功能进行了模块化设计,实现了高速数据的采集控制、数据缓存与传输等功能。结果表明,运行结果满足终端对数据采集的功能需求。     

基于FPGA的8通道脉冲波形分析器的研制

设计了一个8通道的脉冲波形分析器。此系统以双现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为核心,板载大容量同步双端口随机存取存储器(Random-Access Memory,RAM),并行8通道96 MHz高速采样模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC),能够同时对8路脉冲波形进行采样分析,得到脉冲时间间隔谱、脉冲幅度谱和脉冲宽度谱。该设备ADC以10.4 ns的采样间隔采集脉冲数据,通过通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)2.0与电脑实现数据上传,并借助上位机进行数据的实时显示。该设备已成功运用于硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)卫星高能主探测器的电性测试,并能够广泛适用于核辐射研究领域。     

基于FPGA的机械抖动测量方法

为了研究开关电接点的机械抖动特性和测量机械抖动情况,研制了机械抖动测量系统。论述了测量系统的硬件设计和软件设计,给出了测量系统的电路原理图,以及关键程序源代码。对轻触按钮开关、复式按钮开关、单刀双掷开关的机械抖动次数进行了测量,测量结果表明:机械抖动次数是随机数,为0~625;对于复式按钮开关而言,前沿抖动次数明显小于后沿抖动次数。人们在操作按钮开关时,要迅速果断且用力要恰当,这样有助于减小机械抖动次数。     

基于FPGA的高速峰值检测

针对研发数字多道的实际需求,提出了一种基于FPGA的高速峰值检测技术,并且采用ARM+FPGA的架构实现了基于该技术的数字多道系统。通过Modelsim仿真分析了FPGA峰值检测算法的理论,该算法可精确获取高斯信号的最值并获得幅度值。最后通过CZT探测器进行~(241)Am源实测γ射线能谱,实验结果表明该峰值检测算法及数字多道系统设计可准确并且快速获得能谱图。通过合理设置峰值检测算法的高低阈值,可以测试不同基线值的前放信号。     

基于FPGA脉冲幅度分析器的数字化基线估计方法

从对数字化波形基线求取的准确性、实时性、灵敏度以及算法对硬件资源占有量等方面出发,分析直方图统计法和平均值法的优劣,提出了一种动态实时提取随机信号数字化波形基线的方法,并利用基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的数字多道脉冲幅度分析器对几种方法进行了测试。直方图统计法具有较高的准确性,将其结果与动态实时提取随机信号数字化波形基线方法的实验结果进行比较,验证了该方法在占有较少硬件资源和计数率较高的条件下,同样具有较高的准确性、实时性和灵敏度,并且对能谱分辨率有所改善。     

基于FPGA生成PWM波的实现

SSRF数字化电源均采用PWM波反馈作用到功率器件上的电源控制器,得到高精度、高稳定度的恒流电源。在FPGA中设计PWM波形生成结构,有利于提高控制器集成化。减少IC器件的使用,可减少器件间的噪声互扰,得到性能更优的电源控制器。此外,可反复编程,得到最优结构的设计,最大化地发挥出FPGA的优势,为实现DSP功能移植至FPGA作了可行性验证。本文介绍SSRF在这方面的进展。     

基于FPGA的时间序列采集器

叙述了一种同时记录两路脉冲信号到达探测器时刻的时间序列采集器,可对脉冲信号进行时间测量.其时间精度从5ns～1ms可调,单路最高计数率可达105s-1.采集器主要使用可编程逻辑门阵列FPGA技术,通过USB接口将记录的时间数据送入计算机并保存.采集器记录时间范围大,分析时间范围广,具有数据处理灵活、可利用信息量大等优点,可组成多道时间分析系统,进行时间间隔测量.     

利用FPGA延时链实现鉴相器时钟数据恢复

为利用简单的线缆收发器,实现中等数据率的串行数据传输,提出了一种基于电荷泵式PLL的时钟数据恢复的方法.鉴相器由FPGA实现,用固定延时单元构成一条等间隔的延时链,将输入信号经过每级延时单元后的多个输出用本地的VCO时钟锁存,输入信号的沿变在延时链上所处位置的不同反应了输入信号与VCO时钟的相差.根据相差通过对电荷泵的充放电,改变VCO的控制电压,调整VCO时钟的频率及相位,使其与输入信号锁定.环路滤波器采用无源阻容滤波器,其参数由延时链以及VCO的参数计算得到.经过实验测试,在进行64 Mbps的串行数据传输时,成功恢复出时钟数据,抖动为200 ps以下.     

基于级联出射角关联函数的核时钟方法

建立了用出射运动学测量级联事件时间差的“核时钟”方法。不同级联出射道的粒子之间的互相作用，使出射粒子在出射的过程中改变出射方向。以质量对称三分裂为例，给出角关联函数谱的形状随出射粒子的发射时间差变化而变化。     

基于DSP的VXI-GPIB协议转换器

介绍了一种基于DSP的VXI-GPIB协议转换器.通过EPLD和DSP实现了VXI总线的消息基接口字串行协议,通过DSP对GPIB控制芯片的编程实现了GPIB总线各功能子集,VXI消息到GPIB功能子集的转换也通过DSP实现.作为一个用例,通过本模块实现了对示波器的控制.     

高精度中频数字鉴相器在FPGA上的实现

介绍了一种高精度中频数字鉴相器的鉴相原理,以及在设计过程中以数字滤波器为主的参数选择方法,并且将其在FPGA上硬件实现。该鉴相器采用数字I/Q技术,鉴相精度达到0.029°,利用该高精度中频数字鉴相器对3.71875 MHz中频信号进行鉴相,实际鉴相结果为:绝对相位鉴相结果好于0.05°,均方根值为0.0076°;相对相位鉴相结果好于0.1°,均方根值为0.0287°。     

基于FPGA的单光子脉冲信号发生器设计

针对光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)批量测试实际需求和单光电子谱精确测试光源的要求,通过对光电倍增管性能测试系统进行分析,设计制造了一种多通道输出可调的脉冲信号发生器的控制板,可用于光电倍增管单光电子谱的性能测试。该脉冲信号发生器在上升时间、下降时间等参数性能方面优于目前测试系统采用的商用信号源RIGOO-DG5352 350 MHz。用此脉冲信号发生器对光电倍增管进行单光电子测试,其输出信号能满足单光子测试的基本要求,利用其多路信号输出的特点,通过性能扩展即可用于光电倍增管的批量测试。     

基于Aurora协议光纤实时信号传输性能测试

作为中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)谱仪之一的通用粉末衍射仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)采用二维位置灵敏探测器(Symptom Scale of Neurotransmitter Deficiency,SSND)探测中子入射位置和时间信息,并由后端电子学进行信号处理。中子信息以打靶时刻T0为时间参考点,电子学系统控制电路需要将接收到的T0信号低延迟、低抖动实时地传给下级电路。本文介绍了一种基于Spartan6系列FPGA的控制电路,采用Aurora协议通过光纤实时传输T0信号方案,并验证了此方案的可行性。