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北京谱仪触发判选能量甄别电路插件的研制

2020-11-22阅读(1002)

北京谱仪触发判选能量甄别电路插件的研制

论文摘要

国家重点工程项目北京谱仪(BESⅢ)正处于工程预研制和方案设计阶段，BESⅢ触发判选系统是北京谱仪实时数据获取系统的重要组成部分，其设计方案的确定必须进行必要的实验研究和测试。 本文概述了北京正负电子对撞机BEPCⅡ和北京谱仪BESⅢ的性能结构和触发判选系统的结构，详细介绍了电磁量能探测器EMC的功能以及能量甄别电路插件在整个北京谱仪(BESⅢ)项目工程中的作用，能量甄别电路插件(TCSUM)完成对触发单元能量的进一步相加，过甄别阈提取EMC的时间信息，以便后级簇团计数插件(TCCNT)进行簇团的计数，模拟信号转换为数字信号的过程，对整个触发判选电路起关键作用。本文明确了能量甄别电路插件的设计要求，对能量甄别电路插件的结构布局进行了设计规划及定义了各部分的电路功能。 本文针对能量甄别插件其核心电路——时间检出电路(时间检出电路就是提取幅度超过閾值的输入信号的时间信息)进行了具体研究，分析了普通脉冲幅度甄别的原理及其时间检出电路中存在的主要定时误差：时间游动。时间游动是由于输入信号的幅度和波形的变化，引起时间检出脉冲的游动。指出了传统的甄别方法已不能适用设计中；从理论上详细分析EMC能量信号的具体特点，为了消除单极性脉冲信号幅度变化引起的甄别时间游动，设想使单极性脉冲信号成形为双极性脉冲信号。通过对输入的单极性脉冲信号作拉氏反变换，并提取主要参数，通过计算分析表明能量甄别电路输入的单极性脉冲信号经过CR微分后，产生双极性脉冲信号，其过零点与输入的单极性脉冲信号的幅度无关，可作为时间信息的提取点。由此设计制作了一个新型的过零定时甄别电路，大大减少了输出脉冲的时间游动，经过PSPICE瞬态仿真验证了理论分析的正确性，设计了电路板。通过实验测试，达到了设计的预期目标；本文还初步研究了能量脉冲甄别后时间信息由VME总线的读出，在此数字电路部分采用FPGA器件，使设计具有灵活性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题选择背景及意义
  • 1.2 现代高能物理实验中电子学系统的特点
  • 1.3 研究的主要内容
  • 第2章 触发判选系统
  • 2.1 触发判选系统的要求与结构
  • 2.1.1 事例率的估计
  • 2.1.2 多束团束流对BESⅢ触发判选系统的要求
  • 2.1.3 触发判选系统的结构
  • 2.2 电磁量能器（EMC）及其读出电路
  • 2.2.1 电磁量能器
  • 2.2.2 电磁量能器读出电路构成
  • 2.2.3 电磁量能器读出电路工作原理
  • 2.3 能量甄别电路（TCSUM）插件设计
  • 2.3.1 设计要求
  • 2.3.2 电磁量能器EMC触发逻辑连接
  • 2.3.3 能量甄别插件电路结构
  • 2.3.4 光纤传输
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 定时甄别时间检出
  • 3.1 时间检出
  • 3.2 理论分析
  • 3.3 时间检出电路设计
  • 3.4 PSPICE瞬态仿真
  • 3.5 信号完整性分析
  • 3.6 PCB电路插件测试
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 VME总线读出
  • 4.1 VME总线
  • 4.2 数据读出
  • 4.2.1 FPGA结构及其开发流程
  • 4.2.2 VME数据读出FPGA顶层设计结构框图
  • 4.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
  • 附录B PSPICE仿真输入波形文本格式
  • 附录C 编程PSPICE仿真输入波形的C语言程序
  • 8路脉冲甄别定时误差'>附录D 18路脉冲甄别定时误差

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