基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计

基于开关电容阵列（SCA）技术可以实现超高速的波形数字化。本研究是基于实验室设计完成的FEL_SCA芯片进行8通道2 Gsps的波形数字化模块的设计,电路的配置和读出控制功能集成在单个FPGA中完成,此外该模块还包含SDRAM缓存及USB接口。目前已在实验室环境下对其进行了直流电压测试、瞬态波形测试和带宽测试,测试结果表明,在FEL_SCA芯片的输入动态范围100 mV~1 V之间,本波形数字化模块的INL好于1%,通道的RMS噪声约为1.76 mV,带宽约为450 MHz,达到设计目标。Switched Capacitor Arrays (SCAs) can be employed to achieve high speed waveform digitization. In this paper, we designed an 8-channel 2 Gsps waveform digitization module using four SCA chips named FEL_SCA which was designed in our laboratory. In this module, we used a FPGA device for data readout and circuit configuration. Besides, a 128 Mb SDRAM and USB interface were integrated in this module. We have also conducted DC voltage tests, transient tests and bandwidth tests on this module. The results indicate that in the signal voltage range 100 mV~1 V, the INL is better than 1%, the RMS noise is about 1.76 mV and the -3 dB input bandwidth is 450 MHz.     

基于磷酸三丁酯的超浓盐酸的研究

利用磷酸三丁酯形成的反胶束在常温常压下制备出一种超浓盐酸,其酸水摩尔比（n_HCl/n_H2O）在0.50～1.50之间,高于常温常压下饱和浓盐酸的酸水摩尔比（0.28）。红外光谱的研究结果表明超浓盐酸中部分氯化氢未发生电离,而是以分子形式存在。同时HCl参与了体系内氢键网络的形成。超浓盐酸体系提供了一个特殊的物理化学环境,使得溶于其中的铜离子呈红棕色。采用FTIR及UV-Vis对含铜离子的超浓酸体系进行了表征。结果表明,超浓酸中,铜离子的d—d跃迁和电荷迁移跃迁谱带都发生了明显的变化。铜离子的加入对超浓盐酸体系中未电离的HCl分子的氢键体系产生明显影响。     

用于CBM-TOF超级模块质量评估的SoC数据读出方法

在高压缩重子物质（Compressed Baryonic Matter,CBM）实验中,多气隙电阻板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC）探测器被用于构建飞行时间（Time of Flight,TOF）谱仪。根据CBM实验需求,TOF谱仪被设计成由6种不同类型的超级模块构成的探测器墙。每个模块最多包含5块MRPC探测器,能提供320路电子学通道,单个模块的数据率高达6 Gbps。为了评估CBM-TOF超级模块的性能,本文提出了一种基于TCP/IP千兆以太网技术的数据读出方法。考虑到TCP/IP协议的复杂性,该方法利用AlteraSoC FPGA从前端电子学接受数字化的时间数据,并通过千兆以太网并行地发送数据到DAQ软件。实验室测试结果表明,单个读出扣板全链路读出速率达到550 Mbps,能够用于CBM-TOF MRPC探测器质量评估。     

低浓度酸对糖类物质的碳化现象研究

能源是经济与社会发展的基本动力,随着全球经济发展以及世界人口的增长,能源与环境的危机也日渐凸显。所以开发可再生能源成为减碳和实现社会可持续发展的必然选择。目前,生物质因具有CO₂零排放不会造成温室效应的特点,被公认是一种优质的燃料。但是生物质同时具有含氧量高和含碳量少的特点,而碳含量对于生物质燃烧在释放能量方面具有积极的作用,氧含量则起到负面作用。所以生物质也存在不抗烧,热值低等缺点。本实验的目的是找到一种可以提高生物质碳含量和降低氧含量的方法。糖类物质是生物质的重要组成部分,本工作采用了不同浓度的盐酸、硫酸和高氯酸分别与糖类物质在常温常压条件下进行碳化反应。并通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析和显微红外分析等方法对碳化残余物质进行表征,结果发现样品的碳含量都有了明显的增加并且伴随着氧含量的下降。同时,通过滴定的方法发现各种酸都有少量的消耗,可以用于循环利用,减少酸污染。值得提出的是,本实验所有的反应都是在常温常压零能耗的条件下进行的,这大大减少了其他能源的消耗,减少环境危机。所以本研究为可能改善生物质燃料燃烧的特性,降低能源利用带来的环境污染和产生更高能量密度能源物质提供了新的机会。     

一步热解法制备Cu/Fe双金属生物炭复合材料及其高效吸附Pb2+性能

使用一步热解法制备了Cu/Fe双金属生物炭复合材料(BC@Cu/Fe-X,X=3、5、10)和Fe生物炭复合材料(BC@Fe)。考察了Cu掺杂量对BC@Cu/Fe-X吸附Pb²⁺的影响,确定最佳掺杂比例。结果显示BC@Cu/Fe-5吸附Pb²⁺性能最好。考察了吸附时间、Pb²⁺浓度、p H、背景离子、空气中老化等实验条件对BC@Cu/Fe-5吸附Pb²⁺的影响。通过动力学、热力学数据拟合分析了BC@Cu/Fe-5吸附Pb²⁺的行为,利用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段解析了BC@Cu/Fe-5吸附Pb²⁺前后特征峰变化。BC@Cu/Fe-5吸附Pb²⁺的机理如下：大约42%的Pb²⁺被还原为Pb⁰,33%的Pb²⁺形成Pb O/Pb(OH)₂,25%的Pb²⁺与O—...     

北极地区夏季太阳辐照度变化研究

辐照度变化影响着北极冰雪的消融速率,是全球气候变化研究的一个重要组成部分。基于2010年中国第4次北极科学考察光谱测量数据,通过对比、主成分变换等分析了北极地区夏季辐照度的变化,并探讨了其变化原因。太阳辐照度的变化与多种因素有关,最直接的影响因素是天气以及太阳高度;在北极高纬度地区,太阳高度角极低,太阳辐射能量受到的大气衰减作用明显,研究表明,较短波长的光谱对太阳高度变化更敏感,而天气对辐照度的影响随着波长的增大而增大。此外,大气中水分含量也影响着到达地面的太阳辐射,水分影响主要表现在特定的波段而不是整个光谱区间内。     

12 bit 30 MSPS逐次比较型ADC的测试

针对物理实验读出的需求设计了一款低功耗12 bit 30 MSPS逐次比较型模数变换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）芯片,为评估其性能指标参数,需进行系统的测试。在本研究工作中构建了测试系统,然后按照IEEE标准进行了系统的测试和分析。测试结果表明,输入信号在基带范围内ADC有效位（Effective Number Of Bit,ENOB）约为9 bit,达到了本版本芯片的设计指标。同时,综合分析静态性能与动态性能测试结果,可以通过优化逐次比较型ADC中电容阵列电容失配参数,进一步提升ADC的非线性指标,为下一版芯片的改进设计提供了参考依据。Aiming at the requirement of readout electronics in physics experiments, a 12 bit 30 MSPS successiveapproximation-register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with low power consumption has been designed. To evaluate the performance of this ASIC, we conducted a series of tests. We set up a test system, and we tested the ADC according to IEEE std 1241-2010. The test results indicate that the effective number of bit (ENOB) of the ADC is around 9 bits when the input signal is in the first Nyquist zone, which has met the design requirements. According to the results of dynamic and static tests of this ADC, we found that the non-linearity performance of this ASIC can be further enhanced by improving the mismatching among the capacitor array, and this provides important information for the design of the second version of this ADC.     

基于光纤传感的核信号读出方法中的调制驱动模块设计和实现

基于光相位调制的核信号读出方法将探测器信号调制进光纤中，并使用光纤作为模拟信号的传输介质。在该读出方案中，调制驱动模块负责载波信号的产生及放大，是该方案读出电子学系统的重要组成部分。为了产生低相位噪声，幅度大且幅度可调的载波信号，本工作提出了基于锁相环的载波产生电路和基于MMIC射频放大器的载波放大电路的设计方案，该方案结构简单，尺寸小，性能优异。对载波产生电路使用了ADIsimPLL仿真软件进行了环路滤波器的设计和仿真，同时也对载波放大电路使用ADS仿真软件进行了设计和仿真，并在实验室条件下进行了测试。测试结果表明，输出26 dBm载波信号相位噪声好于–110 dBc/Hz@100 kHz，能够用于信号解调。     

A grating-coupled external cavity InAs/InP quantum dot laser with 85-nm tuning range

The optical performance of a grating-coupled external Continuous tuning from 1391 nm to 1468 nm is realized at cavity laser based on InAs/InP quantum dots is investigated. an injection current of 1900 mA. With the injection current increasing to 2300 mA, the tuning is blue shifted to some extent to the range from 1383 nm to 1461 nm. By combining the effect of the injection current with the grating tuning, the total tuning bandwidth of the external cavity quantum-dot laser can reach up to 85 nm. The dependence of the threshold current on the tuning wavelength is also presented.     

用PAA模板法实现硅基纳米孔阵列结构

用二次阳极氧化方法制备出分立、双向贯通并且超薄（500—1000 nm）的多孔阳极氧化铝膜,贴合到硅片上进行干法刻蚀,实现图形转移,得到了硅基纳米孔阵列结构,并对工艺中影响图形转移质量的因素进行了探索.扫描电镜（SEM）测试结果表明该途径得到的纳米结构孔形态均匀且大面积有序,孔深度可达到125 nm.对该样品进行热氧化处理后进行光致发光（PL）测试,结果表明其光致发光机理是基于通常较微弱的TO声子辅助的硅带边发光,并实现了显著发光增强,对这种增强效果的物理机理进行了理论分析.该结构具有的独特光学特性为利用 关键词： 多孔阳极氧化铝模板 硅基纳米孔阵列结构 图形转移