用于时间测量电路的程控延迟产生器

全国第十二届核电子学与核探测技术学术年会论文集 Proceedingsofthe12thNationalCorderenceonNuclearElectronics＆NulearDetectionTechnology 用于时间测量电路的程控延迟产生器 赵平平，盛华义，代洪亮，赵豫斌 (中国科学院高能物理研究所，北京100039) 摘要：描述了用于测试第三代苎塞堂堡(BEsⅢ)漂移室电子学时阃测量电路的程控延迟产生器插件，插件提供 了时同馒f量电路在运行时所需要的外部控制信号，并采用AD9500数字可程控延迟产生器，绐出了测试电路性能指 标的旦里拉延迟信号，其最小分辨可达lOps。插件设计符合VME规范。 关键词：时间测量；数字可程控延迟产生器；VME规范。 l功能简介 正在设计建造中的漂移室电子学系统是整 个BESIII电子学系统的重要组成部分，漂移室 电子学的一项主要工作是进行时间测量，TDC 的任务是测量粒子到达信号丝的时间．设计中 采用的核心器件是CERNHFIDC，它的工作原 理是，事例发生的时刻，再由时刻值计算出 与基准时间的间隔。加速器在L时刻发生对 撞，所产生的粒子到达信号丝的时刻与n的时 间间隔即为TBC要测的漂移室信号的飞行时 间。其工作过程是，当击中信号进入HPTDC 后，在时间测量部分，将时间信号转换成数字 量，放到后面的缓冲存储器，进行触发匹配后读 出。为了调试时同测量电路的功能及对它的性 能指标进行测试，我们设计了用于测试目的的 程控延迟产生器插件。 程控延迟产生器插件的任务是： 1)模拟TDC在系统运行时的实际环境，即 提供TDC工作时所需要的所有外部信号，如时 钟信号(clock)、对撞时刻信号(孔)、被击中的丝 信号(hit)、触发信号(trigger)、触发检测信号 (check)、复位信号(reset)等。 2)为测试TDC的性能指标，程控延迟产生 器提供的hit信号与n之间的延迟可程控。 3)通过扇出电路，将hil信号扇出64路，以 对应一个TDC插件的64个通道，采用LVDS电 平。 2电路描述 图l为程控延迟产生器的方框图。 插件提供的时钟信号由一个石英晶体振荡 器产生，通过VME指令来控制时钟信号是否使 能，被使能的时钟信号转换为NIM电平后通过 LEMO插座输出，供被测的时间测量电路使用。 时钟信号的另一用途是同步L信号。 ro信号是时间测量的基准信号，根据{殳计 要求死信号须与时钟信号严格同步，同步电路 主要由一组D触发器及其他逻辑单元电路组 成，首先通过VME指令发出Start信号，转换成 ECL电平并与时钟信号同步后形成n信号，将 信号宽度成形为lOOns，最终转换成NIM电平通 过LEMO插座输出。 Trigger信号是用来对事例进行判选的信 号，BESIII的TriggefLaiteney约64ps。本插件 通过一个8位dip开关和8位计数器来延迟R 信号，从而产生用于测试目的Trigger信号。 Trigger信号与n的延迟时间即TriggerLaiten· ey，可通过开关来灵活设置。Trigger信号的宽 度为200ns，NIM电平，由LEMO插座输出。 为防止由于Trigger号的漏计和错计而产生 错误数据，系统约定，每发出256个Trigger后产 生一个check信号，用于检测Trigger计数器。 根据这个原则，插件提供check信号，cheek信号 在256个Trigger信号后延迟500ns产生．宽度为 200ns，通过一个开集电极门接到VME总线上。 根据BESIII漂移室的结构，粒子在室中的 最大漂移时间约330ns，以此为依据，时间测量 的量程取0—400ns。电路提供的hit信号，即 TDC在运行时获取的丝信号，设计为与n的时 间间隔在0—400ns范围内程控可调，电路采用 了AD9500数字可程控延迟产生器来实现这一 功能，所输出的不同时间间隔的hit信号，经转 换为LVDS电平后，扇出“路，提供给被测的 TDC电路。 3设计考虑 本插件为测试插件，提供被测电路正常工 作时所需的外部信号，用以检测电路的功能，看 其是否能正常工作，最为关键的是，要提供精度 较高的测试信号，来测试电路的性能指标。尽 量提高测试信号的精度，最大程度地减小测量 结果中测量信号本身的贡献，是我们在电路设 计中最为关注的问题。 与R信号可程控延迟的hit信号，是测试 时间电路线性指标的信号，因而需要有较高的 延迟精度，经过调研．决定采用AD公司生产的 AD9500。 图2 AD9500内部时序图 AD9500是一个数字可程控延迟产生器．通 过对一个8位数码的选择，来提供相应的时间 延迟，其延迟分辨最小可达10ps。它的核心是 一个线性斜波产生器，当电路的Trig输入端接 收到信号后，便启动一个斜波周期，斜波电压开 始下降，内部的比较器实时比较斜波电压值及 由最内部的8位DAC所设置的阈值，当斜波电 压降到阈值以下，电路将产生输出信号。输出 相对于Trig输入端信号的延迟，取决于两个因 素，首先是延迟满量程的选择，它由外接电容、 电阻的时间常数来确定，范围在2．5ns一1m。 另一因素是阈值，通过程控设置D0一D7的数 值，DAC将满量程的延迟时间分成256个间隔。 当满量程的延迟时间为2．5as时，延迟分辨可 达10ps。 为保证电路的性能。除采用高速ECI．器件 外，在设计PCB时，对电源及地的处理上也采 取了一定措施，如将模拟地与数字地分开，对关 键性元器件AD9500D单独供电等。 电路已用于TDC的测试，其功能及指标符 合设计要求。 Aprogranunabledelaygeneratorfortesttimemeasurementboard ZHAOPing-ping，SHENGHua-yi，DAIHong-liang，ZHAOYu—bin (InstituteofHighEnergyPhyscs，CAS，Beijing100039，China) AbstractThispaperdescribes8pro酽ammabledelaygeneratorwhichisdesignedforBES111 driftchamberelectronicssystemThe moduleprovidesseveraltestsis,uhincludingprogrammabledehysignalsfortesttimemeasurementboard，Adigitallyprogramma’ bledelaygeneratorAD9500isusedinthismodule，inresolution88smallaslOps．ThecircuitdesignisbasedonVMEstandard· Keywords：timemeasth'ement；digitallyprogrammable甜"generator；VMEstundard- (上接第35页．continuedfrompage35) ApplicationofLVDSincircuitdesign LIQiu-ju (InstituteofHighEneⅧ／Physics，GAS，Beijing100039-China) AbstractAccordingtotheauthor’sdesignexperience，thispaperintroducesseVeralkeypalnbindesigni“gLVDSeireuitSkillsin bethschematicsandPCBdesignarealeodi㈣ssediadetail Keywords：LVDS；lowpowerconsumption；lownoise；highspeeddatatransmission (上接第47页，continuedfrompage47) DesignofmonitoringcircuitofPMTHVpowersupplycontrolsystemof LASCARscintillatorarraydetectoratRmLL WULi-耐2．'WANGJin-chuanl，XIAOGuo-qin91，GUOZhong-yanl，XUHu-shanl， ZHANGWen-lon91．QIHui-mn91”。XUZhi—gu01，ZHANGLi3，DINGXian-lil’。 f。InstitukofModemPhysic8，CAS，LanzhouofGamuProv730000，China；2GraduateSchoolofCAs，Beijing100039，China ’SchoolofPhysics．PekingUniversity，Beijing100871．China) Ab晰哪Itide耐bedthatthemonitoringcircuitofPMTHVpowersupplycontrolsystemofLASCARinthispapertwhiehis basedonCCl23Hv舯wersupplymodulesuppliedbyBeijingH／uMAMATSUPhoneticsC。··Thedetaileddesignoflhl5m。8i协““g cimuit．whichhascombinedMCUandPersonalComputer，ispresented Keywords：PMT；CCl23module；MCU；ADC；half-duplex Rs_485bus 用于时间测量电路的程控延迟产生器 作者： 赵平平， 盛华义， 代洪亮， 赵豫斌 作者单位： 中国科学院高能物理研究所(北京) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_5708296.aspx