博士论文-基于Wilkinson ADC的多通道模数变换ASIC的设计与实现
文献类型：学位论文
| 作者 | 魏微
|
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 赵京伟 ; 王铮 |
| 关键词 | 专用集成电路 Wilkinson ADC 高密度信号读出 波形采样 模拟流水线 多通道 |
| 学位专业 | 核技术及应用 |
| 中文摘要 | 随着粒子探测技术的不断发展，对探测器读出电子学的要求越来越高，如高密度信号读出、低功耗、低噪声、低造价等，这给电子学系统的设计带来了巨大的挑战。特别是对于半导体像素探测器、气体电子倍增探测器（GEM）、Micromegas探测器等新型密集阵列型探测器，传统的基于分立器件的核电子学技术和手段已经无法很好地满足要求，必须大力发展用于探测器信号读出的专用集成电路设计技术，设计出能满足要求的高性能专用集成电路（ASIC），才能与探测技术发展的需求相适应。国外用于高能物理、粒子物理实验的专用集成电路设计已有近三十年的历史，取得了长足发展，而国内的相关研究才刚刚起步，几乎一片空白，但需求相当迫切。本研究的目的就是要在这一领域进行有益的尝试，结合国内探测器研究最紧迫的需求，围绕一般专用集成电路的核心器件――模数变换器，开展相关设计原理、技术的探索和讨论，以期为今后自主研发用于高能物理实验的高性能专用集成电路做些基础性、开创性的工作。; 本文结合高能物理对读出电子学的高密度、低功耗读出的特殊要求，基于Wilkinson ADC变换器的原理，对多通道并行模数变换器的设计和实现进行了详细讨论。首先，对Wilkinson ADC进行了系统级建模和讨论，通过手算和系统级仿真，确立了系统设计的基本原则，对系统性能进行了精确预期。基于这一系统模型，确立了系统各主要模块的设计指标和主要设计方案。根据系统建模的相关结果，研究分两步进行：首先，完成单通道Wilkinson ADC芯片设计，实现了模数变换的主要功能。单通道版本的原型设计集成了恒流源产生器、斜坡电压产生器、高速高精度比较器以及采样保持结构等全部模拟核心模块，能够在外部FPGA的协调下实现12位精度的模数变换功能。其次，在第一版设计成功的基础上进一步优化，采用FPGA实现了多通道并行变换芯片的原型功能验证，确定了系统的整体框架和数字部分的具体设计，并完成了芯片内部集成了大规模开关电容阵列、兼具高速波形采样和模拟流水线两种功能的第二版串行读出、多通道模数变换芯片的设计。; 实测结果显示，芯片在波形采样和模拟流水线两种方式下均能正常工作，能够在100MHz的采样频率下实现优于9位的采样精度，微分非线性指标好于±0.5LSB，积分非线性指标优于±1LSB，噪声性能良好，通道间无明显串扰。芯片各项指标同已报导的国外类似设计相比，性能相当，能够很好地满足一般高能物理实验的需求，具有高精度、低功耗、高并行度等优点，达到了预期设计目标。 |
| 学科主题 | 核技术及应用 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210544]  |
| 专题 | 实验物理中心_学位论文和出站报告 高能物理研究所_实验物理中心 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 魏微. 博士论文-基于Wilkinson ADC的多通道模数变换ASIC的设计与实现[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。