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基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计

鲁一鸣 赵雷 秦家军 邓佩佩 刘树彬 安琪

鲁一鸣, 赵雷, 秦家军, 邓佩佩, 刘树彬, 安琪. 基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计[J]. 原子核物理评论, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
引用本文: 鲁一鸣, 赵雷, 秦家军, 邓佩佩, 刘树彬, 安琪. 基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计[J]. 原子核物理评论, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
LU Yiming, ZHAO Lei, QIN Jiajun, DENG Peipei, LIU Shubin, AN Qi. Multi-channel Waveform Digitization System Utilizing Switched Capacitor Array ASICs[J]. Nuclear Physics Review, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
Citation: LU Yiming, ZHAO Lei, QIN Jiajun, DENG Peipei, LIU Shubin, AN Qi. Multi-channel Waveform Digitization System Utilizing Switched Capacitor Array ASICs[J]. Nuclear Physics Review, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755

基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计

doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
基金项目: 中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SLH002);安徽省杰出青年科学基金(1708085J07);国家自然科学基金资助项目(11079003);中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KJCX2-YW-N27)
详细信息
    作者简介:

    鲁一鸣(1992-),女,安徽巢湖人,硕士研究生,从事核电子学研究;E-mail:luym2014@mail.ustc.edu.cn

    通讯作者: 赵雷,E-mail:zlei@ustc.edu.cn。
  • 中图分类号: TL503.6

Multi-channel Waveform Digitization System Utilizing Switched Capacitor Array ASICs

Funds: Key Research Program of Frontier Sciences, CAS (QYZDB-SSW-SLH002);Science Fund for Distinguished Young Scholars of Anhui Province (1708085J07);National Natural Science Foundation of China (11079003);Knowledge Innovation Program of Chinese Academy of Sciences (KJCX2-YW-N27)
  • 摘要: 基于开关电容阵列(SCA)技术可以实现超高速的波形数字化。本研究是基于实验室设计完成的FEL_SCA芯片进行8通道2 Gsps的波形数字化模块的设计,电路的配置和读出控制功能集成在单个FPGA中完成,此外该模块还包含SDRAM缓存及USB接口。目前已在实验室环境下对其进行了直流电压测试、瞬态波形测试和带宽测试,测试结果表明,在FEL_SCA芯片的输入动态范围100 mV~1 V之间,本波形数字化模块的INL好于1%,通道的RMS噪声约为1.76 mV,带宽约为450 MHz,达到设计目标。


    Switched Capacitor Arrays (SCAs) can be employed to achieve high speed waveform digitization. In this paper, we designed an 8-channel 2 Gsps waveform digitization module using four SCA chips named FEL_SCA which was designed in our laboratory. In this module, we used a FPGA device for data readout and circuit configuration. Besides, a 128 Mb SDRAM and USB interface were integrated in this module. We have also conducted DC voltage tests, transient tests and bandwidth tests on this module. The results indicate that in the signal voltage range 100 mV~1 V, the INL is better than 1%, the RMS noise is about 1.76 mV and the -3 dB input bandwidth is 450 MHz.
  • [1] ZHANG Jingzhe. Data Readout Method and Circuit Research Based on the Waveform Sampling Technology[D], Lanzhou:Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, 2006. (in Chinese) (张惊蛰. 基于波形采样技术的数据读出方法与电路研究[D]. 兰州:中国科学院近代物理研究所, 2016.)
    [2] ZHANG H Y, DENG Z, LIU Y N. Chinese Physics C, 2016, 40(7):076102.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-14
  • 修回日期:  2017-04-24
  • 刊出日期:  2017-12-20

基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计

doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
    基金项目:  中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SLH002);安徽省杰出青年科学基金(1708085J07);国家自然科学基金资助项目(11079003);中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KJCX2-YW-N27)
    作者简介:

    鲁一鸣(1992-),女,安徽巢湖人,硕士研究生,从事核电子学研究;E-mail:luym2014@mail.ustc.edu.cn

    通讯作者: 赵雷,E-mail:zlei@ustc.edu.cn。
  • 中图分类号: TL503.6

摘要: 基于开关电容阵列(SCA)技术可以实现超高速的波形数字化。本研究是基于实验室设计完成的FEL_SCA芯片进行8通道2 Gsps的波形数字化模块的设计,电路的配置和读出控制功能集成在单个FPGA中完成,此外该模块还包含SDRAM缓存及USB接口。目前已在实验室环境下对其进行了直流电压测试、瞬态波形测试和带宽测试,测试结果表明,在FEL_SCA芯片的输入动态范围100 mV~1 V之间,本波形数字化模块的INL好于1%,通道的RMS噪声约为1.76 mV,带宽约为450 MHz,达到设计目标。


Switched Capacitor Arrays (SCAs) can be employed to achieve high speed waveform digitization. In this paper, we designed an 8-channel 2 Gsps waveform digitization module using four SCA chips named FEL_SCA which was designed in our laboratory. In this module, we used a FPGA device for data readout and circuit configuration. Besides, a 128 Mb SDRAM and USB interface were integrated in this module. We have also conducted DC voltage tests, transient tests and bandwidth tests on this module. The results indicate that in the signal voltage range 100 mV~1 V, the INL is better than 1%, the RMS noise is about 1.76 mV and the -3 dB input bandwidth is 450 MHz.

English Abstract

鲁一鸣, 赵雷, 秦家军, 邓佩佩, 刘树彬, 安琪. 基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计[J]. 原子核物理评论, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
引用本文: 鲁一鸣, 赵雷, 秦家军, 邓佩佩, 刘树彬, 安琪. 基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计[J]. 原子核物理评论, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
LU Yiming, ZHAO Lei, QIN Jiajun, DENG Peipei, LIU Shubin, AN Qi. Multi-channel Waveform Digitization System Utilizing Switched Capacitor Array ASICs[J]. Nuclear Physics Review, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
Citation: LU Yiming, ZHAO Lei, QIN Jiajun, DENG Peipei, LIU Shubin, AN Qi. Multi-channel Waveform Digitization System Utilizing Switched Capacitor Array ASICs[J]. Nuclear Physics Review, 2017, 34(4): 755-761. doi: 10.11804/NuclPhysRev.34.04.755
参考文献 (13)

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