基于FPGA与GPS的时间测量电路设计与实现

为宇宙射线缪子（μ子）测量实验设计了基于FPGA的高精度时间-数字转换器（TDC）,结合TDC测量值与GPS提供的标准时间(UTC)精确记录了粒子事件的时间信息。TDC采用粗计数+细时间测量相结合的方式,用计数器实现动态范围大于1 s的粗时间测量;使用FPGA加法进位延时链构建时间内插完成了细时间测量,并借助Wave-Union与bin-by-bin方法提高时间分辨并改善非线性。实验室测试双边沿TDC的时间分辨为16.68 ps,时间测量精度（RMS）好于45 ps。测量结果表明,该TDC满足脉冲前沿时间甄别要求。     

基于FPGA的高精度时间测量电路的实现

介绍了一种基于FPGA技术的TDC(Time to Digital Convrtor)的实现,利用FPGA中加法器固有的进位链的延迟实现时间内插电路来完成TDC中的细计数部分.此TDC结构是一种基于最新的WUTDC(Wave Union TDC)技术,通过再次细分进位链中的超宽码来提高测量精度.经过板级测试和在线调试,证明该转换电路线性度良好,RMS精度好于40ps.     

高精度数据驱动型TDC在高能物理实验中应用的研究

目前国际国内高能物理方面时间数字转换的发展趋势是使用集成的、高精度、多次击中型TDC,数据驱动型TDC(Data Driven TDC)是其中的热点.研究高性能TDC的具体指标以及改进的方法对高能物理实验中的应用具有指导作用.我们对北京谱仪(BESⅢ)中考虑使用的一种新型高精度TDC进行了测量研究.本文介绍了我们为此建立的测量平台,和对该TDC进行非线性、分辨率、双脉冲分辨等测量的手段和结果,探讨了对其进行甚高精度(24.4 ps)修正的方法,给出了修正的效果.     

基于FPGA的时间间隔测量设计与实现

本文主要介绍了一种基于FPGA的高精度时间-数字转换器(TDC)。该TDC在设计上采用了粗计数与细时间测量相结合的技术。粗计数通过高性能的二进制计数器实现,细时间测量利用FPGA的快速进位链实现时间内插。为了改善测量分辨,在设计中借助Wave-Union方法对超大码宽进行了分割。为检验TDC的性能,对其进行了多项测试,获得较好的测试结果。该TDC在大于200ms的动态范围内的时间分辨率小于50ps。微分非线性(DNL)的范围为-1~1.5LSB,积分非线性(INL)的范围为-1.5~1.5LSB。该TDC将应用于In-beam PET影像装置中的飞行时间测量。     

基于0.13μmm CMOS工艺的时间内插时间数字转换器设计与测试

针对高能物理实验中飞行时间探测器的时间测量高精度需求,基于0.13μmm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺设计了一种可应用在时间内插法中作为细计数模块的单周期时间数字转换器(Time to Digital Convertor,TDC),并为测试设计了一个闭环测试系统。通过实测数据分析,在相同的条件下设计对比试验,寻找TDC刻度非均匀性的来源,并给出相应的校准方法。测试结果表明:校准后TDC的分辨率达到57 ps,精度好于40 ps,达到了预期的设计目标。     

一种高精度大范围时间测量电路的实现

时间测量有多种方式,其中用电子学方法实现时间的数字化(TDC)技术是一种常用的技术。根据对时间测量不同的需要,对其测量范围和测量的精度有不同的要求。介绍了一种大测量范围高精度时间测量电路的实现,介绍其实现的原理和设计方法,并给出了测量的结果。     

ICF中子飞行时间测量电路设计与实现

在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)实验中,为诊断等离子体区域温度信息,需要通过中子飞行时间法测量中子的能谱,即转化为对探测器的输出信号相对于激光同步脉冲的延迟时间进行精确测量。本文介绍了一种对中子飞行时间进行高精度测量的设计方案,该方案采用恒比定时方法(Constant Fraction Discriminator,CFD)对探测器输出信号进行定时,并利用德国ACAM公司生产的TDC-GP21芯片进行精确时间测量。基于该方案完成的测量电路电子学分辨时间在1 500 ns量程内均优于200 ps。同时,其电子学分辨时间加上探测器分辨时间典型测量结果为217.5 ps。     

惯性约束核聚变实验中子飞行时间谱仪的时间测量插件

大型的惯性约束核聚变(ICF)设施都采用中子飞行时间(nTOF)探测系统测量离子温度.大阵列中子探测器系统作为国际上使用的最主要探测手段,已成为ICF诊断平均密度半径积<ρR>的标准技术.用于"神光Ⅲ"原型及主机的灵敏中子探测器阵列的时间分辨期望达到1 ns,为此探测器后的电子学系统的时间分辨期望达到100 ps.采用ACAM公司的GP2作为时间测量插件的核心芯片,我们研制了基于VME总线的多通道TDC时间测量插件,其时间分辨小于61 ps.     

基于VME总线的高精度信号发生器的设计

北京谱仪(BESⅢ)的飞行时间读出电子学(TOF)对于时间信号的测量具有非常高的要求,需要对TOF时间测量电路进行严格的测试。本文介绍了用于该测试的高精度信号发生器的实现方案,该电路能够产生抖动(Jitter)小于23．623ps的脉冲信号和抖动小于12．265ps的40．000MHz时钟信号。同时,对设计中使用的关键性技术一高速高精度时钟电路和脉冲产生电路的设计进行了分析。     

一种高精度大范围时间测量电路的实现

在实验核物理中,经常要用到时间测量技术。时间测量有多种方式,其中用电子学方法实现时间的数字化(TDC)技术是一种常用的技术。根据对时间测量不同的需要,对其测量范围和测量的精度有不同的要求,介绍一种大测量范围高精度时间测量电路的实现,其实现的原理和设计方法,并给出了测量的结果。     

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。     

硅条探测器前端ASIC芯片测试系统电路设计

介绍一种前端读出专用集成电路(ASIC,Application-Specific Integrated Circuit)芯片性能测试系统的电路设计与实现.该ASIC芯片可用于构成硅微条探测器、硅条、Si(Li)和CsI探测器的前端读出电子学系统.本文详细描述了测试系统的构成,主要电路设计,系统应用以及部分测试结果,并简要介绍了被测ASIC芯片的电路结构.     

基于DSP builder与FPGA的数字脉冲处理算法研究

研究了基于DSP builder与FPGA的数字脉冲处理算法,设计了一种基于数字脉冲处理技术的数字实时时间谱仪。谱仪数字恒比定时(dCFD)算法部分最终全部在FPGA中实现,简化了电路。并组建了一套测量22Na放射源的数字化正电子符合谱仪,对其进行测量得到该系统能量分辨达到3.90%,时间分辨达到157.6 ps,高于传统TDC测得的时间分辨率。     

基于多路电荷灵敏前置放大器构建多路剂量测量系统

针对多路空气电离室剂量探测器输出信号的特点和测量需求,利用一种多路电荷灵敏积分型前置放大器专用器件(ASIC),实现了1 024路空气电离室剂量探测器的微小电流信号的同步放大、处理和采集。在6 MV(30 MU/min)医用加速器下,进行了实验测试,10 ms积分时间内,电荷量约为0.15 p C,测量灵敏度约为3 n C/Gy。结果表明,利用该种前置放大器构建的测量系统,其量程和积分时间等参数满足测量需要,可在该剂量测量系统中应用。     

用于GEM探测器的像素型读出ASIC研究设计

介绍了用于GEM探测器像素型读出ASIC芯片方案和设计。方案采用模数混合设计,单通道集成模拟前端电路和模数转换器(ADC),完成信号电荷量测量片内数字化。模拟前端电路将输入信号还原成电流信号,放大后在电容上积分,实现信号电荷至电压的转换。电流信号底宽窄,积分时间窗口小,单通道事例率达1MHz。输入信号电荷量动态范围300fC时,积分非线性小于0.68%。低功耗SAR-ADC,10比特精度,采样率1Msps,功耗220uW。该方案相关芯片已流片和测试,取得较好的初步测试结果。     

一种时间-数字转换NIM插件的研制

介绍一种实现时间-数字转换(TDC)功能的单插宽NIM插件的研制.该TDC插件主要包括基于CPLD的13Bit双沿触发计数器与相关逻辑控制电路,基于高速比较器的NIM-TTL电平转换电路,基于ARM微处理器的读数与通讯控制电路,以及电源变换电路等单元电路.它有两组输入端口,分别用于接收来自两个输入端或同一输入端上顺次到达的Start和Stop信号.采用50 MHz基准时钟时,该插件的有效时间间隔测量范围为0～81.91 μs,最小分辨率为10 ns.初步参数测试结果,以及在μ子寿命测量实验中的应用效果均表明,该TDC插件具有线性度好、电路简洁、可靠性高、功耗低,成本低,而且易于升级等特点.     

新型多条多气隙阻性板探测器的性能测试

为提高德国FOPI系统飞行时间的探测本领,运用新型多条多气隙阻性板探测器对FOPI系统进行升级改造。探测器的制作已完成,为保证探测器的质量,对它们进行了一系列的测量和质量确认。测试结果证明,系统的本底计数率分布在0.2Hz/cm²附近,工作高压9.6kV;利用γ射线放射源测试,时间分辨（包括闪烁体的时间分辨）分布在220～280ps之间;采用质子束流测量,其探测效率可达98%以上,时间分辨可达75ps     

正电子发射断层成像系统中数字化多通道时间数字转换研究

利用现场可编程门阵列（FPGA）内部延迟链,对正电子发射断层成像（PET）系统中高精度时间数字转换（TDC）进行研究。采用粗时间和精细时间相结合的方式测量时间,粗时间利用时钟计数器实现,精细时间利用FPGA延迟链实现。测试时间测量的微分非线性和积分非线性,并在双探头PET实验平台上通过时间符合,对系统总体时间分辨进行测试。实验结果表明,TDC时间分辨达79.3ps,微分非线性为-0.2LSB/0.2LSB,积分非线性为-0.2LSB/0.3LSB,双探头PET实验系统总体时间分辨达2.1ns,可满足PET系统对时间测量的要求。     

BESⅢ飞行时间电子学中的电荷测量

第三代北京谱仪飞行时间探测器读出电子学中的电荷测量电路采用非门控的电荷-时间转换,对经前放放大并差分输出的448路飞行时间探测器信号在180-5000 mV动态范围内进行电荷测量,误差<10 mV,用于消除时间游动效应,保证读时间测量误差好于25 ps.该电路具有简单、工作稳定的特点,适用大规模物理实验的多通道系统.     

BESIII飞行时间电子学中的电荷测量

第三代北京谱仪飞行时间探测器读出电子学中的电荷测量电路采用非门控的电荷-时间转换,对经前放放大并差分输出的448路飞行时间探测器信号在180-5000mV动态范围内进行电荷测量,误差<10mV,用于消除时间游动效应,保证读时间测量误差好于25ps。该电路具有简单、工作稳定的特点,适用大规模物理实验的多通道系统。