快电子学的进化

2009年第54卷第8期:1008~1016www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS:,..,2009,54(8):1008~1106AnQ,WangYF.Theevaluationoffast-electronics.ChineseSciBull(inpreparation),*,230026*,E-mail:[e-mail]2008-11-25,2009-01-04(:10405023)(:[2003]1600),,..,,1954,(nuclearelectronics)(fastelectronics)[1].[1]194710−7s.,10−10s..,.,,.1964(NIM[2]).,CAMAC.VME,PCIPXI.1989,(CERN)Berners-Lee(),(HTTP),1990.Berners-Lee(WorldWideWeb),.,,.2080.,,1984.,,.,.,.,,.,..,,.,,.,,;,;,.20,,,.1,,.(signalintegrity),.,,..,,,..1.1“”“”.“”,,,,,(Kirchhoff).“”,.,.“”.,.;..1,300MHz~30GHz,(PCB),PCB“”.PCB“..,,,,(TEM),,(telegrapher’sequations),“”,.(stripeline)(TEM),,(microstripelineTEM).,,..,,[3].,.,,.,,,110092009年4月第54卷第8期.,.,,,,.1966,Yee[4](FDTD),.Yee,2.4;.,,.,,,,.2YeeFDTD;SPICEIBIS,,.1994,ThomasTafloveSPICEFDTD[5],SPICEFDTD,.SPICE,.FDTDSPICE,,,.,FDTD-SPICE[6,7],.,.FDTD,FDTD,,SPICE.FDTD-SPICE3.3FDTD-SPICE[7](a)FDTD-SPICE;(b)FDTD-SPICEFDTD-SPICEI−VV−IFDTD,.,,.:(),,;(),FDTD,FDTD.,.,,,.:,,,;,,,;(),,,;,,,.1010PCB,FDTD,,PCB.PCB,,4.4FDTD,.,(h),(c).dhVE=⋅∫ldcIHl=⋅∫.(1)FDTD,(1)hc,V(t,z)I(t,z),z,t=nΔt.S:[][](),()xrxxxiVSVττ=FF[]()()ytyxxiVSV⎡⎤τ⎣=τFF⎦,(2)x,y;i;t;r;F[].,V(ω,z)I(ω,z),d(,)()(,),dVzZIzzωωω=−d(,)()(,)dIzYVzz=−ωωω,(3)()()(),ZRjLωωωω=+()()()YGjC=+ωωωω,(4)Z(ω),Y(ω),R(ω),L(ω),G(ω),C(ω),ω.,,.V(ω,z)I(ω,z)V(t,z)I(t,z).[][](,)(),(,)VtzZItzω=FF[][](,)()Re,(,)VtzRItzω⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦FF[][](,)()Im(,)VtzLItz⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦FFω.(5)19991.2Gbps(),[8],FDTD,[9].5(),FDTD.15GHz,10Gsps.5,,,:;;.,FPGA,.1.2,,.,.,10112009年4月第54卷第8期,,[10,11].,,()[12].:()F(z),FIR.()ADC,.,.,ADC,,,.,,,ADC.,,.,,ADC(Nyquist)(2),.,.[14,15],320Msps,14bit4Gsps,8bit,,,.1.31012xc(t)Tsx(n),:sin[()/]()()()/sscnsstnTTxtxntnTT∞=−∞π−=π−∑.(6).,1Gsps,.2000,,.,ADC,.,,:1()(),()()ccTsTnssxtxuhunThtT∞=−∞=−∑nT−Z,(7)ADC,,ADC.ADC:ADC;,ADC,ADC.ADC1ps,,ps.ADC:,()sin(/)TshtctT={()}TsnhtnT∈−[,]ssTT−ππ,.,6ADC.MADC()2ssT=πω,sMω.,,.6M[13]ADC,,ADC;ADC,ADC,ADC;ADC,,,ADC.,,,.,[16,17].,.,ADC,ADC,.,,,.,,,.,,,,,,[18].,,.Matlab,S,.,DDJ,.,6.25Gbps9.95328Gbps,,.,,.,.2,.,,.2002,,“863”.,(BES),CSR.,.,,.BES.“”,10132009年4月第54卷第8期.,.Δt,pl,m0,(π,KP)[19]./(BEPC/BES).,.,4.7BES,(timeofflight,TOF).7BESIII7,,4π.TOFTOF,,Δt,pl,m0,(π,KP).BES448,448.BESπ/K1.1GeV,25ps,,.BES:TOFTOF.()TOF.TOF,44818m9UVMETOF-FEEFEE-Rear28,2TOF/Ctrl/Stat_Fanout.8TOF448TOF,TOF,.VME,.8TOF.9.9TOF-FEE()TOF.TOF448TOF,TOF:,.9UVMEVME.10VME.FPGA(11),TOF,,.101410TOF().TOF,499.8MHzRF,RMS20ps.TOF:()499.8MHzRF,80mPSOFOrtel,0.410−6/;()VME,.TOF,VMEVME,,.3641.65MHz241.65MHz.RMS12ps,.11.11BESTOF,[20~30].TOF20071,25ps,.200710,BES,TOF,,.BESIIITOFCSR,FPGA.,FPGATDC,IEEE[31],(:200510200340x)..FPGA,,.12FPGA-(TDC)120ps,100ps,TDC.12,FPGA.TDC().3“”?,11~2.p-n,,.,,,.,,,.,10152009年4月第54卷第8期,.,,.,,.1BellRE.Nuclearparticledetection:Fastelectronics.AnnuRevNuclSci,1954,4:93—110[DOI]2LarsenRS.Abriefreviewofnuclearelectronicsstandards…past,presentandfuture,SLAC-Pub-8722,2000,[DOI]3JohnsonH,GrahamM.High-SpeedSignalPropagation:AdvancedBlackMagic.PrenticeHallPTROneLakeStreetUpperSaddleRiver,NJ07458.20034YeeKS.NumericalsolutionofinitialboundaryvalueproblemsinvolvingMaxwell’sequationsinisotropicmedia.IEEEANTPR,1966,14:302—307[DOI]5ThomasVA,JonesME,Piket-MayM,etal.TheuseofSPICElumpedcircuitsassub-gridmodelsforFDTDanalysis.IEEEMICRG.1994,4(5):141—143[DOI]6OrhanovicN,RaghuramR,MatsuiN.FullwaveanalysisofplanarinterconnectsstructuresusingFDTD-SPICE.In:IEEEElectronicComponentsandTechnologyConference,2001May29-June1.489—4947OrhanovicN,MatsuiN.Fullwavesignalandpowerintegrityanalysisofprintedcircuitboardsusing2Dand3DFDTD–SPICEMethods.In:HighPerformanceSystemDesignConference(DesignCon),20028唐世悦.高速背板中互连的研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,2006.59王超.高速背板的电磁场建模和仿真.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,2007.510武杰,王砚方.500兆/秒高速A/D系统的实现.电子技术应用.2001,27(3):77—8011武杰,王永纲,王砚方.基于PCI接口的瞬态波形记录仪.核电子学与探测技术,2002,22(4):289—29112张庆民.高速中频采样和数字下变频的研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,2000.513李玉生,安琪.多阶微分采样及其在高速ADC系统中的应用.数据采集与处理,2006,3,21(1):52—5714李玉生,安琪.基于滤波器组并行交替型ADC系统通道失配误差的分析.中国科学技术大学学报,2006.9,36(9):995—100015李玉生.超高速并行采样模拟/数字转换的研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,2007.516吴义华.利用ADC测量时钟技术的研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,2007.517吴义华,杨俊峰,程敬原,等.正弦信号四参数的高精度估计算法.中国科学技术大学学报,2006,36(6):625—62918杨俊峰.高速数字串行通信中的时间抖动研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,200519谢一冈,陈昌,王曼,等.粒子探测器与数据获取.北京:科学出版社,200320刘继国.闪烁体TOF探测器的测量误差分析和时间方法研究.博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,200421郭建华.北京谱仪(BESⅢ)飞行时间读出电子学系统设计与实现,博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,200722刘序宗.BESⅢTOF子触发系统的设计与实现,博士学位论文.合肥:中国科学技术大学,200723刘继国,安琪.北京谱仪(BESⅢ)的飞行时间测量精度的影响因素分析.高能物理与核物理,2004,28(11):1170—117524刘继国,安琪.瞬态波形数字化在飞行时间测量中的应用研究.核技术,2005,28(2):130—13425刘小桦,刘树彬,安琪.高能物理实验中电子学逻辑在线升级功能的实现.核电子学与探测技术,2006,11,26(6):972—97626宋健,刘树彬,刘小桦,等.TBC控制器在高性能时间测量系统中的应用.核电子学与探测技术,2006,26(6):863—86627郭建华,刘树彬,周世龙,等.BESⅢTOF前端读出电子学系统原型设计和实验结果.高能物理与核物理,2006,30(8):761—76628郭建华,刘树彬,安琪,等,BESⅢ飞行时间计数器前端电子学测试系统设计.核技术,2007,30(7):610—61429冼泽,刘树彬,安琪.北京谱仪(BESⅢ)飞行时间探测器中的前置放大器.核技术,2007,30(8):709—71230刘序宗,刘树彬,安琪.BESⅢTOF子触发系统击中信息多通道串行同步传输方法.吉林大学学报(工学版),2008,38(2):483—48831SongJ,AnQ,LiuSB.Ahigh-resolutiontime-to-digitalconverterimplementedinfield-programmable-gate-arrays.IEEETransNuclSci,2006,53(1):236—241[DOI]1016