基于JESD204B的波形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出方法研究.pdf

1、在核與粒子物理實驗中，探測器的輸出脈沖信號波形蘊含了所探測粒子和探測器相互作用的詳細(xì)信息，其中信號的波形面積代表了粒子在探測器中沉積的能量;信號波形的前沿時刻則表示粒子擊中探測器的時刻;信號的形狀往往與粒子間的相互作用有關(guān)，通過脈沖波形甄別可以分辨出不同的相互作用，并可排除本底信號的干擾。一直以來，國內(nèi)外實驗物理學(xué)家都希望能夠利用波形數(shù)字化技術(shù)直接獲取粒子脈沖信號的波形信息。但是受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的限制，波形數(shù)字化技術(shù)的實現(xiàn)難度較大，

2、特別是在數(shù)據(jù)讀出的接口方面。近年來基于JESD204B接口的高速高精度ADC芯片迅速發(fā)展，作為一種高速串行數(shù)據(jù)接口（最高可達到12.5Gbps），其具有輸出接口數(shù)量極少、封裝小、功耗小等特點，這些優(yōu)勢使得如果將其應(yīng)用于波形數(shù)字化技術(shù)，可以大大簡化設(shè)計的難度，降低研制風(fēng)險和成本。與其他種類的數(shù)據(jù)讀出方法相比，該方法具有更好的性能。因此本論文開展了基于JESD204B接口的波形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出方法研究。
　　論文的主要內(nèi)容包括:1、對波

3、形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出的現(xiàn)狀以及趨勢的分析。通過比較不同模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器接口的優(yōu)缺點，得出JESD204B接口必將成為未來模數(shù)轉(zhuǎn)換器和波形數(shù)字化技術(shù)的主流接口技術(shù)的結(jié)論;2、基于JESD204B數(shù)據(jù)讀出接口方法的研究;3、設(shè)計一套基于JESD204B接口的波形數(shù)字化模塊原型電路并實現(xiàn)其性能測試與功能驗證。
　　論文第一章首先介紹了核與粒子物理實驗的信號及電子學(xué)特點，并介紹了波形數(shù)字化方法的優(yōu)勢以及目前存在的設(shè)計挑戰(zhàn)。列舉了波形數(shù)字化方法

4、在目前國內(nèi)大型粒子物理實驗中的幾個主要應(yīng)用，引出了本文對于所介紹的基于JESD204B高速數(shù)據(jù)接口技術(shù)的波形數(shù)字化方法的研究意義。
　　第二章介紹了目前波形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出接口的研究現(xiàn)狀，首先介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換原理和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器分類，之后通過分析模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出驅(qū)動器接口的發(fā)展趨勢，比較得出基于CML驅(qū)動器的JESD204B接口的優(yōu)勢以及基于JESD204B接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在波形數(shù)字化方法中的應(yīng)用前景。
　　第三章研究了基于JES

5、D204B高速數(shù)據(jù)傳輸接口的波形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出方法，介紹了JESD204B高速數(shù)據(jù)傳輸接口的關(guān)鍵技術(shù)，包括鏈路參數(shù)、分層協(xié)議以及時鐘設(shè)計要點。
　　第四章介紹了基于JESD204B的波形數(shù)字化模塊原型電路設(shè)計，其中包括ADC的設(shè)計，模擬輸入的設(shè)計，時鐘設(shè)計，電源設(shè)計以及FPGA的選型和邏輯設(shè)計。
　　第五章首先介紹了針對本論文的原型電路的測試內(nèi)容，之后完成了JESD204B接口的鏈路測試、原型電路的性能測試以及功能驗證。