反应显微谱仪飞行时间测量系统的时钟触发插件设计ppt课件

1、反响显微谱仪飞行时间丈量系统的时钟触反响显微谱仪飞行时间丈量系统的时钟触发插件设计发插件设计报告人：封常青报告人：封常青中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室中国科学院核探测技术与核电子学重点实验室物理电子学安徽省重点实验室物理电子学安徽省重点实验室中国科学技术大学中国科学技术大学 近代物理系近代物理系 提纲1 设计背景2 插件设计：时钟模块触发模块3 测试与分析：时钟信号测试触发信号测试1 设计背景设计背景兰州近代物理研讨所建立的反响显微谱仪，研讨离子与原子分子碰撞反响。碰撞过程中粒子飞行的时间是进展粒子鉴别的重要参数，此时间丈量由飞行时间丈量电子学系统实现。2 插件设计： 时钟模块 触发

2、模块飞行时间丈量读出电子学系统构造图飞行时间丈量电子学系统集成于尺寸为3U的PXI4机箱中，基于义务在甚高精度方式下的HPTDC芯片，实现的时间丈量精度为25ps。COLTRIMS systemHigh Resolution TDC Module#1High Resolution TDC Module#NCLK and Trigger FanoutModule40MHz Clk40MHz Clk3U PXI CratePCPXI BusTriggerTrigger8 Hit8 Hit时钟触发插件功能时钟触发插件为读出电子学插件提供高精度的系统时钟和可控触发信号系统时钟周期-周期抖动的均方根不大

3、于20ps。扇出5路触发信号，并根据系统配置设置屏蔽时间，进展可控屏蔽。Local OSC(EX-380)Clock fanout(SY89113U)HCMOS5 LVDS Clk Sig.Diff. LEMOFPGA EP1C6Q240Trigger distributiontransferPC5 Trig. Sig.Trigger inputNIMLVTTLLVTTL5 Trig. Sig. through PXI star trigger buses to High Res . TDC modules3U PXI ModulePXIBUS时钟模块触发模块时钟模块设计时钟模块由时钟源、时钟

4、扇出芯片、输出衔接器三部分组成。输出5路频率为40MHz的时钟信号，为飞行时间丈量读出电子学系统提供低抖动、低通道间偏向的系统时钟。触发模块设计反响显微谱仪触发判选系统输出的触发信号，经触发模块接纳、控制、处置后，由PXI星型触发总线扇出，为时间丈量插件提供5路LVTTL电平的触发信号。触发模块由三部分组成：1、触发信号接纳和电平转换。2、触发信号控制。3、触发信号扇出。FPGA EP1C6Q240Trigger distributiontransferPC5 TriggersPXI BUSTrigger inputNIMLVTTLLVTTL5 Triggers through PXI sta

5、r trigger buses to High Res . TDC moduleTrigger Module触发模块设计反响显微谱仪触发判选系统输出的触发信号高电平继续时间为5ns，为实现触发信号被时间丈量插件稳定接纳，FPGA需展宽触发信号的脉冲宽度至30ns。经过系统配置FPGA内部存放器，设置屏蔽时间进展可控屏蔽，屏蔽时间变化范围1us至50us，变化量为30ns的整倍数33MHz的整周期。3 测试与分析：时钟信号测试触发信号测试时钟模块测试运用Lecroy MXI104示波器获取时钟信号占空比、摆幅、时钟抖动和时钟偏向目的。1、占空比，摆幅测试时钟信号占空比为50%+/-1%，幅度值对

6、应LVDS差模量，范围为696mV至739mV。时钟模块测试2、时钟抖动测试运用周期-周期抖动的均方根值描画时钟抖动。运用Lecroy MXI104示波器测试时钟模块5个通道的时钟抖动性能。各通道输出信号的周期-周期时钟抖动分布于10.6ps和11ps之间。时钟模块测试3、时钟偏向以时钟模块通道5为基准，测试其他通道与通道5间的时钟偏向。1 2 3 4通道5与其他通道间时钟偏向最大值为27.36ps，最小值为-23.47ps，一切通道的相对时钟偏向小于51ps。触发模块测试测试插件实现控制、屏蔽触发信号等功能运用信号源Tektronix AFG 3251提供电平继续时间为5ns，反复频率可调。

7、上位机经过PXI总线配置FPGA内部存放器，控制FPGA完成相应的操作，如：接纳外部触发信号，屏蔽触发信号和设置屏蔽时间等。触发模块测试系统要求外部触发信号在可控时间内被屏蔽，屏蔽时间变化范围为1us至50us，变化量为30ns的整倍数。屏蔽性能测试分为两个部分：一样触发频率不同屏蔽时间；一样屏蔽时间不同触发频率。触发模块测试信号源Tektronix AFG 3251提供频率为1MHz触发信号，分别设置屏蔽时间为480ns和7680ns。(a) 屏蔽时间480ns(b) 屏蔽时间7680ns触发模块测试运用信号源Tektronix AFG 3251提供频率分别为500KHz，300KHz，150KHz的触发信号，设置插件对触发信号的屏蔽时间为7680ns。(a) 触发信号频率为500KHz(b) 触发信号频率为300KHz(c) 触发信号频率为150KHz总结3U时钟触发插件为兰州近代物理研讨所的反响显微谱仪时间丈量系统提供了高精度的时钟信号和符合设计要求的触发信号。经测试，时钟触发插件一切通道时钟抖动