（物理电子学专业论文）加速器束流诊断中数字bpm系统研究.pdf

摘要 摘要 同步辐射光源为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究提供高品质高稳定性的 同步光。同步辐射光源中，诊断各种束流参数和改善机器运行性能需要完备的柬流测量系统。 而束流位置测量系统是加速器诊断中的重要测量系统之一。束流位置测量的对象包括束流轨 迹、第一圈位置、平衡轨道、逐圈束流位置以及束流准直。束流测量由信号束流位置探测器 ( b e 锄p o s i t i o nm o n i t o r ，b p m ) 完成。前端探测电极与后继信号处理系统两部分构成了信 号束流位置探测器。 上海光源( s h a n 曲a is y n c h r o 仃o nr a d i a t i o nf a c i l i 够，s s i 疆) 是一台高性能的中能第三代 同步辐射光源，是我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台，在科学界和工业界有着广 泛的应用价值。 本论文研究课题是“先进加速器全信息束流诊断技术研究”的一个子课题，课题的内容研 究探测器信号处理系统的全数字化实现，课题的最终目标是完成数字化束流位置测量系统电 子学( 数字b p m 系统) 的样机，应用于上海光源上海s a p 深紫外f e l 装置中的b p m 探头信号处理分析。 b p m 电子学从最初的全模拟信号处理，逐步向数字信号处理过渡。随着模数转换电路 与数字信号处理方法的快速发展，近年来b p m 电子学出现了全数字化处理的新趋势。本论 文正以此为方向，讨论数字化b p m 电子学系统所涉及到的各种技术以及设计和实现细节。 第一章引言简要介绍束流位置测量的测量对象及性能评价，分析电子存储环束流位置探 测器的纽扣性电极的输出信号特点。第二章介绍三种常用的束流位置信号处理方法：龙、 a m p m 和l o g 1 a t i o 。它们的共同点是必须对原始信号做归一化处理。差比和( 尼) 处理 方法适合高精度闭轨测量，并且以信号幅度( 能量) 为处理对象，这在通信领域中有成熟的 处理方法。本论文中使用差比和( ，) 处理方法进行束流位置获取。 第三章介绍上海光源对数字b p m 系统的功能和性能上的要求。数字b p m 电子学的研 制分两步走，第一步研究难度相对较小的基于欠采样技术的数字b p m 系统，第二步再发展 到逐束团数字b p m 系统上。为此电子学系统划分为三个模块：模拟信号调理模块、a d c 模 块与数字主板模块。为了工作的延续性，数字主板模块的性能上要兼容两种数字b p m 系统。 第四章中详细讨论研制第一阶段中三个模块硬件实现的技术路线与细节。模拟信号调理 模块部分着重分析射频信号的5 0 0 m h z 中心频率窄带滤波与数字化控制的大动态增益电路 实现方法；给出射频电路设计中的电路匹配方式以及级联考虑，以及s 参数仿真结果：介 绍高频射频电路的p c b 板级设计的细节考虑。a d c 模块部分重点讨论基于锁相环结构的采 样时钟系统对a d c 性能的影响；对两种数字b p m 系统分别给出采样时钟设计原则；针对 采样时钟的关键问题相位噪声进行细致的分析：a d c 模块部分中还讨论了大电流l d o 电源的散热设计。数字主板的设计重点是高速数据的接收与缓存。该部分功能实现核心是 v i r t e “高性能f p g a 。结合该f p g a 的特点，给出了兼容逐束团数字b p m 系统的a d c 数 据接收逻辑以及存储器接口逻辑的设计，并对存储器接口逻辑进行了完整的时序仿真。同时， 对高速存储器接口的信号完整性进行研究，分剐从伪差分电平h s t l 与s s t 乙的匹配选择， 信号完整性的i b i s 仿真与p c b 电磁场仿真，以及地反弹噪声三个方面讨论设计的正确性。 第五章介绍欠采样数字b p m 系统的数字信号处理核心数字下变频算法，以及它在 f p g a 中的实现。算法内容涉及高精度数字数控振荡器( n c o ) 、级联梳状抽取滤波器( c l c d e c i m a t o r ) 以及4 9 8 阶f i r 抽取滤波器。实际系统中将计算四路采样数据的i q 结果，八通 道1 1 7 2 7 9 9 m h z 数据被同时降采样处理，因此小面积的实现将是系统的关键。 第六章给出已完成的数字b p m 系统的测试结果。包括模拟信号调理模块的滤波性能与 摘要 增益控制性能测试，高速存储器接口的正确性测试，a d c 采样时钟分析测试，数字下变频 功能测试以及数字b p m 系统联调测试。目前测试结果显示，数字b p m 系统对信号幅度测 量瑚s 噪声水平在7 3 d b ，满足s s l 讧对束流位置测量的需求。 i i a b s t r a c t a b s t 陷c t s y n c h r o t r o nr a d i a t i o nf a c i l i t yi sah i g hq u a l i t yl i g h ts o u r c ef o rt h en e e do fm a n ys c i e m i f i c r e s e a r c h e sa n dt e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n s b e 锄d i a g n o s i ss y s t e m ，w h i c hi su s e df o rd i a g n o s i n g b e 锄p 猢e t e r sa n di m p r o v i n gm i l n i n gs t a t u s ，i si m p o r t a n tt 0s y n c h r o t r o nr a d i a t i o nf a c i l i 妙a n d b e 锄p o s i t i o nd i a g n o s i si sak e yp a r tt 0b e a l t ld i a g n o s i ss y s t e m i t sm e a s u r e m e n bc o v e r 缸司e t o f i r s tt u m ，e q u i i i b r i u m ，t 啪b y t u m ，b e 锄b 舔e da l i g n m e n ta n do r b i ts 劬i l i 够b e 锄p o s i t i o n d i a g n o s i si sp e m 啪e d b yb e 姗p o s i t i o nm o n i t o r ( b p m ) ，w h i c hc o n s i s t so ft 、op a n s ：d e t c c t i n g s e 璐o ra n ds i g n a ip r o c e s s i n gs y s t e m s h a l l g h a is y n c h r o t r o nr a d i a t i o n 蠡l c i l 时( s s i 强) i sat h i r d - g e n e r a t i o n o fs y n c h r o n - 0 n r a d i a t i o nl i g h ts o u r c ea n dw o u l db et h ei n v a l u a b l et o o l sf o rc h i n e s es c i e n t i f i cr e s e a r c h 觚d i n d u s t l 了c o m m u n i t y t h i sp 印e rr e s e 钟c hi sas u b p r o j e c to f “r e s e a r c ho na d v 狮c e da c c e l e r a t o rb e 锄d i a g n o s e s t e c h n i q u e s ”nd e a l sw i t hf u l l yd i g i t a li m p l e m e n t a t i o no fp o s i t i o ns e n s o rs i g n a lp r o c e s s i n g t h e g o a l si sd e v e l o p i n gp r o t i d 够p eo fd i g i t a lb e 锄p o s i t i o nm o n i t o r ，w h i c hc a nb eu s e do ns s r fa n d s i n a p t h e r ea r es e v e r a lg e n e r a t i o n so fb p m ，s t a r i n gw i t ha n a l o gs i g n a lp r o c e s s i n g a n dd i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n gt 0 0 km ep l a c eo fa 1 1 a l o gp r o c e s s m gg r a d u a l l y i nr e c e n ty e a r s ，b p m d e v e l o p m e n th a sat e n d e n c yo ff u l id i g i t a li m p l e m e n t a t i o n 7 r h ep a p e rr e s e 孤c hd i s c u s s e sd e t a i l so f v a r i o u st e c h n i q u e sa n di m p l e m e n t a t i o n sf o rd i g i t a lb e 狮p o s i t i o nm o n i t o r h lf i r s tc h a p t e rt h eb a c k g r o u n do fb p m w 硒i 腑o d u c e d i n c l u d i n gk i n d so fm e 邪u r e m e n ta n d t 1 1 et r a n s f 0 咖f b mb e 锄p o s i t i o nt ov o l t a g eo nd e t e c t i n gs e n s o r t h es e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e d l e r em o s tc o m m o np r o c e s s i n gm e t h o d sf o rb p mp r o c e s s i n g ：刖，a m p m 锄dl o g - r a t i o t h e i ss u i t a b l ef o rc l o s e o r b i tm e 勰u r e m e n ta n dd e a l sw i t ha m p l i t u d eo fs i g n a l i tc a i lu s et i l e t h e o r i e sa n dt e c h n i q u e so fc o m m u n i c a t i o n s 。ni st i l em e t h o df o rb p m s y s t e mo ft h i sp 印e r 1 1 1m et h i r dc h a p t e ri tw 笛i n 仃o d u c e dt h a tr e q u i r e m e n t so fb p ms y s t e mo ns s r f ni sp l a i l e d t h a t 似ok i n d s0 fb p mw i l lb ed e v e l o p e d t h ef i r s to n ei sb 私e do nu n d e r s 锄p l et e c h n i q u ew h i c h i sw e l l - d e v e l o p e di nc o m m u n i c a t i o n s nc o n s i s t so fm r e ep a r t s ：a n a l o gs i g n a lc o n d i t i o n i n gm o d u l e ， a d cm o d u l ea i l dd i g i t a lm o t h e r b o a r d t h es e c o n do n ei sab u n c hb yb u n c hb p m i ti sm o r e c o m p l i c a t e dw i t ha 1 1 a l o gs i g n a lc o n d i t i o n i n ga n d v dc o n v e r s i o n b u tt h et 、) i r ok i n d so fb p ms h 撇 as 锄ek i n d0 fm o t h e r b o a r d s oi tn e e d sw e l l - p l a 肌e dw h e nd e s i g n i l l gt h em o t h e r b o a r d t h eh a r d w a r et e c h n i q u e su s e di nu n d e r s 锄p l i n gb p mw a sd i s c u s s e di nt h ef o u r t hc h a p t e r a b o u tt l l ea n a l o gs i g n a lc o n d i t i o n i n gm o d u l ei m p l e m e n t a t i o nm o t h e df o rn 甜o wba r 】i dp a s sf i l t e r o f5 0 0 m h zc e n t e rf r e q u e n c y 矾dd i g i t a l l yc o n t r o l l e dv 州a b l eg a i nc 沁u i tw e r ei n t r o d u c e d 1 1 1 e r fc i r c u i tm a t c h i n ga n dc a s c a d i n gm e t h o d sa sw e u 舔p c bl a y o u tc o n s i d e r a t i o n sw e r ed i s c u s s e d 觚ds e v e r a lsp a r a m e t e rs i m u l a t i o nr e s u l t sw e r ep o s t t h ea d cs 锄p l i n gc l o c kw 弱肌i m p o r t a n t p a r to fa d cm o d u l e t h ei m p a c to fs 锄p l i n gc l o c ko na d cp e r f o n n a n c ew a sd i s c u s s e d t h e p r i n c i p l e0 fs 锄p l i n gc l o c kd e s i g nf o rt w ok i n d so fb p m 、 ，a sg i v e n t h ea n a l y s i s0 fp h a s en o i s e i np l lc i r c u i t sw 舔a l s oi n c l u d e d a n o t h e rc o n s i d e r a t i o nf o ra d cm o d u l ew 笛h e a ts i n k i n gd e s i g n 0 fl d o s t h em o t h e r b o a r dw 谊sd e s i g n e dw i t hi m p r o v e dd a t at h r o u g h p u t s o m ed e s i g nt h o u g h t s w e r eg i v e na b o u th i 曲b a n d w i d t ha d cd a t ar e c e i v i n gi nb u n c hb yb u n c hb p m d d r i ls r a m a n dd d rs d r a m si n t e r f i a c ew i t hf p g a ，i n c l u d i n gp c bl a y o u td e s i g na n dl o g i cd e s i g nw a s d i s c u s s e d h o wt 0k e e pm es i g n a li n t e g r i t yw 弱t h em a i np a r to ft h i ss e c t i o n d i f r e r e n tk i n d so f i i i a b s t r a c t s i m u 】a t i o nw e r ed o n ej nd e s j g np r o c e s s ，i j l c l u d i n ge l e c 们m a g n e t i cs j m u l a t j o nf o rp c b ，i b 】s s i m u l a t i o nf o rh s t ls 噜n a l s g r o u n db u n c ha n a l y s i sw 镐g i v e nf o rf p g al od e s i g n d i g i t a ld o w nc o n v e r t e r ( d d c ) i s t t l ek e yp a r tt od s po fd b p m t h e i m p l e m e n t a t i o no fd d c i nf p g aw i t ha r e ac o n s i d e r a t i o nw 嬲i n t r o ( 1 u c e di nt h ef i m lc h a p t e r n c o ，c i cd e c i m 砷d ra i l d4 9 8 o r d e rf i rd e c i m a t o rw 嬲d e s i g n e d 锄di m p l a m e di nf p g a m o d e l s i ms i m u l a t i o nr e s u l t sw e r e g i v e n i nt h es i x t hc h a p t e r t h et e s tr e p o no fd e b u g g e dp a r to fd b p mw a sg i v e n ，i n c l u d i n gf i h e ra n d g a i nc o n t r o lp e r f o m l a n c eo fa n a l o gs i g n a lc o n d i t i o n i n gm o d u l e ，a d cs a r n p l i n gc l o c kp h 鹊en o i s e 强a i y s i s ，d d r i is r a ma n dd d rs d r a mp e r f o m a n c e ，d d cp e r f o 珊a n c ea n dw h o i es y s t e m t e s t i ti sr e c k o n e df r o mt h es y s t e mt e s tr e s u l tt l l a t1u mt u m - b y - t u mu i l c e n a i n t yc o u l db ea c h i e v e d ， w h i c hm e e t st 1 1 es s r fd e m a n d i v 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 作者签名：签字同期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 口公开口保密( 年) 作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字目期： 第一章引言 第一章引言 人类生存和发展离不开对“光”的利用和开发。人类一直在努力开发和利用各种各样的人 工光源。任何一种新人工光源的发明和利用，都标志着人类文明新的进步。2 0 世纪6 0 年代 末出现的同步辐射光源，是被誉为“神奇的光”的又一种人工光源。 在真空中以光速运动的相对论带电粒子受外界作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向 发射连续谱的电磁波。1 9 4 7 年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，称为同步 辐射光。而产生和利用同步辐射光的科学装置称为同步辐射光源。它在基础科学研究和高技 术产业开发应用研究中都有广泛的用途。 同步辐射光源已经历了三代的发展，它的主体是一台电子储存环。第三代同步辐射光源 的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，因此同步辐射光的亮度大 大提高，并可从波荡器等插入件引出高亮度、部分相干的准单色光。凭借优良的光品质和不 可替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的 最佳光源。 同步辐射光源的主要任务是为用户提供高品质高稳定性的同步光。为了达到这一目标， 必须采用完备的束流测量系统，以便诊断各种束流参数和改善机器运行。因此，束流测量系 统是加速器调试和运行的重要诊断手段，利用束流测量系统进行各种束流参数的测量为机器 研究和完善提供了重要依据。 1 1 束流位置测量参数 需要测量的束流参数包括束流强度( i m e n s i t y ) 、束流位置( p o s i t i o n ) 、束流能量( e n e r ；y ) 和能散、束流横向( t r 锄s v e r s e ) 尺寸和发射度( e m i t t a n c e ) 、束流纵向( l o n g i t u d i n a l ) 特性、 l a t t i c e 函数、束流不稳定性和束流损失【l 】。而束流位置是加速器的重要参数之一。 束流位置( p o s i t i o n ) 包括几方面信息： 束流轨迹( t r a i e t o u ) ：直线加速器和输运线的束流位置和束流轨迹 第一圈位置( f i r s tt u m ) ：储存环初始调试时，第一圈位置测量 平衡轨道( e q u i l i b r i u m ) ：储存环的束流位置和储存束流的平衡轨道 逐圈( t u m - b y - t u m ) 束流位置：储存束流的逐圈位置测量 基于束流准直( b e 锄b 部e d a l i g m e n t ) ：测量b p m 相对相邻四极铁磁中心的位置轨道稳 定( 振动、电源变化等) 束流位置测量系统的性能参数包括【2 】【3 】【4 】： 精度：它决定束流相对于测量束流位置设备的绝对位置。它是由机械准直误差、束流检 测设备的机械扰动、电子学线路的定标误差、探头到电子学电路之间连接电缆的衰减和反射、 电磁干扰、电路噪声( 电子学线路的噪声系数) 以及信号处理限定； 分辨率：它表征能够分辨最小的位置差别。它不同于“精度”在于它表征测量小的束流 位置偏差的能力，而不是束流的绝对位置。典型地，系统的分辨率好于精度。在大部分情况 下，高分辨率比高精度更重要。例如，人们往往需要知道几微米的束流位置变化，而仅要知 道几百微米的绝对束流位置。在对撞机中，人们知道两个束流的相对位置要比知道这两个束 流的本身绝对位置重要得多； 动态范围：表征测量系统可以响应的束流强度的变化范围。在整个动态范围内，位置测 1 第一章引言 量保证合适的精度，它用d b 表示； 稳定性：稳定性是束流位置测量系统的重要参数之一，它是表征束流中心位置的一个稳 定参考。它通常由一组数字化位置的标准方差计算； 带宽：表征可以测量的束流位置的频率变化范围。在某些情况下，束流中有需要识别的 横向运动。在另外一种情况下，由于束流脉冲非常窄( 如p s 或n s ) ，测量系统必须在这样的 时间间隔( 获取带宽) 内获取数据。与之类似的有实时带宽，它表征在限定时间内产生正比 于束流位置的实时模拟信号的能力； 信噪比：表征有用信号与无用噪声的相对功率之比。噪声有纯热噪声、放大器噪声( 噪 声系数) 、电磁噪声( e m i ) 以及射频干扰( r f i ) 等。 1 2 束流信号及位置信息 通常束团用高斯分布表示。考虑到柬团中有n 个电子，束团长度为q ，束团周期为t ， 则单个束团的时域表达式为【5 】： 渺羡e 坤( 割 m t ， 将上式进行傅立叶展开后写成 厶( f ) = 厶+ 2 l 4 ，lc o s ( 朋嘞f ) ( 1 2 ) 其中，i b 为平均流强，a m 为m 次谐波的幅度因子，有： 厶：竽，4 ，：弧p f 一生譬笙1 ( 3 ) 二 通常o 吼 1 0 0 l o l l r s 表3 o 1 上海光源储存环的主要参数 3 1s s r f 对数字b p m 的功能与性能需求 本研究课题是“先进加速器全信息束流诊断技术研究”的一个子课题，研究对象数字 l l 第三章上海光源的数字b p m 系统 b p m 系统计划应用于上海光源上海s i n a p 深紫外f e l 装置中的b p m 探头信号处理分析。 本系统有以下功能要求： 1 采用差比和( 屈) 的处理方法，实现全数字化处理，以a d c 欠采样和数字下变频方 式代替传统方案中的模拟下变频单元。 2 与前端探测器连接示意图见图3 1 1 【2 】。4 个束流位置信号检测电极( b p mp i c k u p ) 用 于拾取离子束流通过监测点时的近场电磁信号，信号传输网络( 主信号电缆，探头电缆， 处理器电缆以及其间的转接件) 用于将原始束流信号传输至信号处理器，而b p m 束流 信号处理器负责将原始模拟束流信号经调理、采样后转换为数字信号，并在此基础上处 理分析出不同带宽的束流位置、流强、寿命等信息。从采样信号的幅度计算位置信息的 差比和公式在图中给出。 x y c f i 口u 憎1 ：b u o nn a m i “ga n d c r d n a t s 捧mc o n 坩n t o “ x = h ( f v h + v 订) m 、，a ，+ n 氐囊t v = h ( ( v h + v h 卜( v + 纠l j z + 、钳铀t q = h f i v a + v 叶f v b + v f i i ) p + g a f k 耐 w h e 障 = v a + v b + v c + 、，d f o rt h 亭p u o 珀耐f h i sp a p e rw e n s i d 盯 h = h = l o m m ， 图3 1 1 数字b p m 系统与前端探测器连接( 左) ；位置数据的差比和计算 3 数字b p m 束流信号处理器采用模块化结构，模拟信号处理模块与数字信号处理模块分 离的设计，由自带文件系统的基于l i n u x 操作系统、f p g a 数字信号处理单元的处理器 主板以及基于p m c 标准接口的模拟子板构成。 4 束流信号处理器提供如下数据服务： 逐束团( b u n c h b y - b u n c h ，5 0 0 m h z ) ，包含一个总长为7 4 0 ks a m p l e s 的环形缓冲区， 在收到用户数据请求后可返回缓冲区中所有数据，数据由外触发信号( t r i g g e r ) 同步； 逐圈( t u m _ b y t u m ，6 9 4 k h z ) ，包含一个总长为l ms 锄p l e s 的环形缓冲区，在收到用户 数据请求后可返回缓冲区中所有数据，数据由外触发信号( 倒g g e r ) 同步：l o k h z ( 盔t a p p l i c a t i o n ，l o l c h z ) ，无用户可直接访问的数据缓冲区，数据实时刷新至r o c k e t i o 端口： 闭轨( c l o s eo r b i t 。1 0 h z ) ，用户可直接访问的数据缓冲区，数据实时刷新至闭轨数据寄 存器；机器故障锁存数据( b e 锄l o s t ，6 9 4 l ( h z ) ，包含一个总长为l o m s ( 7 ks 锄p l e s ) 的数据缓冲区，处理器在收到机器故障锁存信号后冻结此缓冲区，之后用户可以获取此 数据进行离线分析；每一组采样数据应至少包含a 、b 、c 、d 、x 、y 、s ( 和信号) 等 7 个元素。 5 r f 前端中应包含交联开关网络以消除a 、b 、c 、d 通道间的不一致性。由于采取差比 和的方式，四个通道间的相位与幅度不一致都会导致测量精度下降。交联开关的作用是 让每个输入信号在不同时间被不同通道处理。平均后通道间的不一致性就可以被消除。 上海光源对探测器与b p m 系统整体性能的基本要求见表3 1 1 【3 】【4 】 if b p m 工作模式 i b p m 性能要求 i 1 2 。 第三章上海光源的数字b p m 系统 直线加速器脉冲 5 0 u m 低能输运线 脉冲5 0 u m 增强器闭轨1 0 0 啪 高能输运线脉冲5 0 m 储存环首圈( 脉冲) 遂圈 t o u m 6 9 4 l ( h z 快速反馈1 m 1 0 k h z 静态闭轨 1 u m 1 0 h z 表3 11s s r f 束流位置测量系统基本要求 s s r f 数字b p m 系统的研宄分为两个阶段，首先面向基于欠采样技术的数字b p m 系统 然后再面向逐柬团b p m ，两者的主要区别是在逐束团b p m 要具备更高的a d c 采样频率， 两者模拟滤被方式也不同。本论文的工作处于第一个阶段中，研宄基于欠采样技术的数字 b p m ，但对数字电路设计以与逐束团b p m 兼容性的原则进行。 3 2 基于欠采样技术的数字b p m 原理 基于九采样技术的数字b p m 原理框图如图32l 所示前端探测器输出周期窄脉冲信 号。单束团耐域波形及多束团频谱见围322 首先带通滤波从多柬团频谱中取出加速器r f 频率成分，对s s r f 来说是4 9 9 6 5 4 m h z ：高精度a d c 采样带通后的信号，使用欠采样技 术实现第一次下变频：数字下变频算法处理a d c 的采样数据，进行第二次下变频，得到低 频或直流的一蛆i o 信号，以次计算 d c 输入信号幅度。 图3 2 1 数字b p m 原理 图322 单个柬团波形( 左) 与多束团频谱 a d c 欠采样频率的确定要结合蒜片的性能决定。本系统中使用1 1 72 7 9 9 赴的采样频 率，是基于两点考虑：一是1 4 b i t 或者更高精度的a d c 芯片目前的采样率最高在1 0 0 z 1 5 0 z ：a d c 模拟带宽一般不会超过采样率太多，因此不能选择更低的采样率：二点是 a d c 靠近直流或n y q u 随频率上的性能较差。因此带通滤被后的4 9 96 5 4 m h z 信号要落在 a d c 的h v q u 碗频带中间位置。选择1 1 72 7 9 9 删z 采样率，4 9 9 6 5 4 瑚z 信号的采样结果为 3 05 3 5 z ，接近1 1 72 7 9 9 m h 蜊的位置。 第三章上海光源的数字b p m 系统 数字下变频是将a d c 的数字信号和数字振荡器的正弦和余弦信号进行数字混频后产 生i q 信号输出，公式表达为： 4s i n ( + 驴) s i n = 争( s i n ( ( 一) + 伊) + c 。s ( ( + ) + 伊) ) 以s i n ( + 妒) c 。s 。= 每( c 。s ( ( 一纪) + 妒) + s i n ( ( + 。) + 妒) ) 然后对i q 信号低通滤波，去除高频成分： ，= 每s i n ( ( 一味) + 伊) q ：每c 。s ( ( 一) + 妒) 输入信号幅度： 4 = 2 ，2 + q 2 a d c 欠采样与 图3 2 3 欠采样数字b p m 中输入信号的频率搬移 有了输入信号幅度，利用差比和计算公式就可以得到位置信息。 3 3 逐束团数字b p m 原理 欠采样数字b p m 系统测量多个束团信号的感应电压的平均大小值，得到多个束团的平 均信息；而逐束团数字b p m 则分辨出每个束团上的信号，测量每个信号的信息。 逐束团b p m 的基本思路是首先利用滤波器把前端数百p s 脉宽的柬团信号展宽，但是不 能超过束团信号间隔，即束团信号的周期。然后利用高于束团频率的采样率去转换束团信号， 在每个周期至少取出一个点。虽然不满足采样定理，不能恢复波形，但是由于柬团信号的形 状总是固定的，一个采样点就能够包含其幅度信息。而差比和方法只关心四