基于FPGA的超導加速器低電平控制系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間：2020-10-10 19:26

　　低電平控制系統(tǒng),英文簡稱為LLRFCS(Low Level Radiation Frequency Control System),主要應用于超導加速器或者超導加速艙等加速器領(lǐng)域。其主要功能是穩(wěn)定高頻腔的頻率、高頻信號的幅度和相位在一定的范圍,并使超導腔能夠長期穩(wěn)定的工作,超導腔的性能指標對束流品質(zhì)影響很大。近年來,低電平技術(shù)逐漸從模擬低電平控制技術(shù)向數(shù)字IQ技術(shù)發(fā)展,這大大提高了低電平系統(tǒng)的性能,并且對低電平系統(tǒng)的硬件設(shè)計提出了很高的要求。本項目采用高性能FPGA作為主控芯片,高效的ADC+FPGA+DAC數(shù)據(jù)處理架構(gòu)具有強大的數(shù)字信號處理解調(diào)電路,主控制板集成標準以太網(wǎng)高速接口、高速USB接口搭建起可進行高速信號矢量IQ解調(diào)、大容量存儲和可實時與上位機通信等功能的復雜低電平控制系統(tǒng)。論文研究的主要內(nèi)容包括:1、對低電平控制系統(tǒng)各個模塊功能需求進行了分析,通過對低電平控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的介紹,確定了低電平控制系統(tǒng)整體構(gòu)架和硬件電路的方案設(shè)計。2、在低電平控制系統(tǒng)的設(shè)計中,高速信號采集的硬件實現(xiàn)具體包括了系統(tǒng)采樣時鐘電路和采樣電路的硬件設(shè)計等;高速數(shù)字信號處理模塊的硬件實現(xiàn)具體包括了FPGA芯片的選型、FPGA芯片的管腳資源分配和板載數(shù)據(jù)緩存硬件電路的設(shè)計等;數(shù)據(jù)接口模塊的硬件實現(xiàn)具體包括了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口、高速USB總線接口的硬件電路設(shè)計等;最后設(shè)計了數(shù)字信號恢復部分的硬件電路。3、對于電源模塊的設(shè)計,統(tǒng)計并分析了整個低電平控制系統(tǒng)的電源種類及其功耗需求,設(shè)計了符合要求的電源電路。4、最后對所設(shè)計的低電平系統(tǒng)電源模塊以及FPGA開發(fā)板的硬件電路設(shè)計部分進行了測試,測試結(jié)果表明本論文硬件電路設(shè)計的正確性,能夠滿足低電平控制系統(tǒng)項目的需求,從而驗證了論文方案設(shè)計的正確性。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL53
【部分圖文】：

剖視圖,剖視圖,實物,超導技術(shù)

2圖 1.1 SNS 中超導艙剖視圖和實物圖中國在這個領(lǐng)域起步晚，雖然北京大學、中國原子能科學研究院核物理研究所、中科院高能物理研究所、上海應用物理研究所正在努力發(fā)展我國的超導技術(shù)，但至今還沒有形成自己成熟的技術(shù)體系。例如：BEPCII 和上海光源所用的超導艙是從日本等國高價購買的（上海光源從德國 ACCEL購買的一個單單元腔超導艙價格是 130 多萬美元）。發(fā)展我國自己的超導技術(shù)已刻不容緩�，F(xiàn)在是發(fā)展我國超導加速器技術(shù)的關(guān)鍵時刻。特別是發(fā)展超導艙技術(shù)。一旦中國形成了自己的技術(shù)體系，超導艙的造價就會顯著的降低，在此基礎(chǔ)上，中國就可以制造出世界最前沿的能源、材料和生物科研儀器。該技術(shù)產(chǎn)品

系統(tǒng)框圖,瑞士,低電平,系統(tǒng)框圖

長安大學碩士學位論文是基于模擬技術(shù)，由于模擬技術(shù)本身的缺陷，例如，模擬技術(shù)大量使用模擬器體積大，響應速度慢，系統(tǒng)更新和調(diào)試不方便等都是使用模擬技術(shù)無法避免的問控制器的性能受限，而進入二十一世紀，大多使用數(shù)字控制技術(shù)來實現(xiàn)高頻低饋控制[10]。.1 低電平控制系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀瑞士光源采用 ELETTRA 型高頻腔[11]，采用模擬技術(shù)建造[12]。其低電平系統(tǒng) 1.2 所示[13]，180kW 連續(xù)波速管通過波導供給能量，檢波器產(chǎn)生的幅度與參考較，得到的誤差信號用來控制主路的衰減器，使腔上電壓幅度保持不變。

加拿大,環(huán)路,硬件系統(tǒng),相位