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(shí)驗(yàn)中，探測(cè)器的輸出脈沖信號(hào)波形蘊(yùn)含了所探測(cè)粒子和探測(cè)器相互作用的詳細(xì)信息，其中信號(hào)的波形面積代表了粒子在探測(cè)器中沉積的能量;信號(hào)波形的前沿時(shí)刻則表示粒子擊中探測(cè)器的時(shí)刻;信號(hào)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(hào)的干擾。一直以來，國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)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(hào)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(shí)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(dá)到12.5Gbps），其具有輸出接口數(shù)量極少、封裝小、功耗小等特點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)使得如果將其應(yīng)用于波形數(shù)字化技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的難度，降低研制風(fēng)險(xiǎn)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(duì)波

3、形數(shù)字化數(shù)據(jù)讀出的現(xiàn)狀以及趨勢(shì)的分析。通過比較不同模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器接口的優(yōu)缺點(diǎn)，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(jì)一套基于JESD204B接口的波形數(shù)字化模塊原型電路并實(shí)現(xiàn)其性能測(cè)試與功能驗(yàn)證。
　　論文第一章首先介紹了核與粒子物理實(shí)驗(yàn)的信號(hào)及電子學(xué)特點(diǎn)，并介紹了波形數(shù)字化方法的優(yōu)勢(shì)以及目前存在的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。列舉了波形數(shù)字化方法

4、在目前國(guó)內(nèi)大型粒子物理實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)主要應(yīng)用，引出了本文對(duì)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(dòng)器接口的發(fā)展趨勢(shì)，比較得出基于CML驅(qū)動(dòng)器的JESD204B接口的優(yōu)勢(shì)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(shí)鐘設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
　　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(jì)，其中包括ADC的設(shè)計(jì)，模擬輸入的設(shè)計(jì)，時(shí)鐘設(shè)計(jì)，電源設(shè)計(jì)以及FPGA的選型和邏輯設(shè)計(jì)。
　　第五章首先介紹了針對(duì)本論文的原型電路的測(cè)試內(nèi)容，之后完成了JESD204B接口的鏈路測(cè)試、原型電路的性能測(cè)試以及功能驗(yàn)證。