HIRFL CSR外靶實(shí)驗(yàn)T0探測(cè)器讀出中的TDC技術(shù)研究.pdf

1、重離子物理是原子核物理研究的重要領(lǐng)域，重離子加速器是進(jìn)行重離子物理研究的最重要實(shí)驗(yàn)裝置之一。蘭州重離子加速器(Heavy Ion Research Facility inLanzhou，HIRFL)是我國(guó)規(guī)模最大的重離子實(shí)驗(yàn)裝置，建成以來(lái)，取得了如新核素合成，原子核質(zhì)量測(cè)量，癌癥治療等重大科研成果，使我國(guó)躋身重離子物理研究的國(guó)際先進(jìn)行列。
　　HIRFL冷卻儲(chǔ)存環(huán)(Cooling Storage Ring，CSR)外靶實(shí)驗(yàn)主要研究

2、方向?yàn)楹宋镔|(zhì)狀態(tài)方程研究，放射性束物理研究以及超核研究。T0探測(cè)器是CSR外靶實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分，其由一系列多氣隙電阻板室(Multi-gap Resistive PlateChamber，MRPC)組成。T0探測(cè)器位于外靶實(shí)驗(yàn)裝置的最前端，放射性束流打靶后產(chǎn)生的帶電粒子通過(guò)MRPC，與MRPC內(nèi)部的工作氣體發(fā)生相互作用，從而產(chǎn)生探測(cè)器信號(hào)，通過(guò)對(duì)MRPC探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行高精度時(shí)間測(cè)量，可得到放射性束流打把的時(shí)間信息，從而為其他的子探測(cè)

3、器系統(tǒng)提供精確的時(shí)間起點(diǎn)。
　　本論文針對(duì)CSR外靶實(shí)驗(yàn)T0探測(cè)器的性能指標(biāo)與應(yīng)用需求，進(jìn)行了時(shí)間數(shù)字變換技術(shù)的研究，并具體實(shí)現(xiàn)了時(shí)間數(shù)字變換模塊的設(shè)計(jì)，本論文的內(nèi)容安排如下:
　　第一章主要介紹了HIRFL CSR外靶實(shí)驗(yàn)背景，以及T0探測(cè)器系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)要求。
　　第二章首先介紹了主流的時(shí)間數(shù)字變換技術(shù)(Time-to-Digital Conversion)，包括模擬型TDC與數(shù)字型TDC兩大類。并著重介

4、紹了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（Field Programable Gate Array，F(xiàn)PGA）的時(shí)間數(shù)字變換器(TDC)設(shè)計(jì)技術(shù)。在T0探測(cè)器讀出電子學(xué)中，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)復(fù)雜度，提高應(yīng)用靈活性，最終選用FPGATDC作為設(shè)計(jì)方案。
　　第三章首先介紹了T0探測(cè)器時(shí)間數(shù)字變換模塊的整體結(jié)構(gòu)，再對(duì)其中的關(guān)鍵電路進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，主要包括單通道雙沿時(shí)間測(cè)量方法，以及基于內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器(Content Addressable Memory，C

5、AM)的觸發(fā)匹配(Trigger Match)技術(shù)。在單個(gè)FPGA中成功集成24個(gè)時(shí)間測(cè)量通道及對(duì)應(yīng)的Trigger Match功能模塊。
　　第四章介紹了設(shè)計(jì)完成的時(shí)間數(shù)字變換模塊的測(cè)試結(jié)果，主要包括非線性測(cè)試，時(shí)間測(cè)量精度測(cè)試以及觸發(fā)匹配功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明在單片F(xiàn)PGA內(nèi)成功集成24路TDC通道，并且時(shí)間測(cè)量精度達(dá)到25 ps RMS，此外，Trigger Match工作正常，設(shè)計(jì)完成的TDC模塊滿足應(yīng)用需求。