《高精度定时系统》

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高精度定时系统是大型粒子加速器的复杂的时序控制系统,各个子系统和设备按照严格的时序协调一致地运行,就像加速器的心脏一样为其各种注入设备提供高精度的同步触发脉冲和不同频率的同步回旋时钟,为数据采集设备提供同步高频时钟和具体要求的触发信号,还可以为整台加速器提供硬件时标服务等。高精度定时系统采用分布式事件发布方式,即把包含定时信息的事件码以广播的形式同时传输到各个接收端,接收端同步产生触发脉冲给各个设备。其中,事件发生器(EVG)产生与高频时钟和交流电网同步的事件码,通过扇出模块(FANOUT)和光纤把事件码传输给事件接收器(EVR),事件接收器输出各个设备所需的延迟可调的定时脉冲。自2003年起,课题组开始关注和研究与高精度定时系统的国内外技术发展,2005至2007年利用商业化硬件板卡和自主研发的软件系统,实现了上海光源定时系统。系统晃动即输出脉冲相对于高频时钟的定时晃动约为21ps。从2007年9月至2010年12月自主研发成功第一代SINAP高精度定时系统硬件和软件。课题组采用了国际上先进的2.5Gbps Fiber Channel技术、高速数字电路设计技术和高端FPGA/高速串并收发器技术,基于大型加速器和实验物理的软件结构,系统晃动为6ps,该项指标已经超过国外同类商用产品。2011年8月至2012年7月有重新设计了系统的硬件结构,成功开发出第二代SINAP高精度定时系统硬件和软件。增加了不同高频系统的级联等功能;改变了时钟和同步的实现技术;增加了光纤网络内双向快速数据传输功能;更新了硬件中断功能;改进了系统软件结构。系统晃动为5ps,该项指标已经成为世界先进水平,而这些新技术能够更好地满足国内外粒子加速器的复杂需求。2007年5月起利用国外商用硬件和自主研发软件完成了上海光源,为直线加速器和两台同步加速器提供总共约400路定时脉冲,2009年4月上海光源竣工后,此系统一直稳定运行,在国内第一次实现了集中式定时系统在大型加速器物理实验装置中的应用。自2011年7月,课题组把自主研发的第一代高精度定时系统应用在了韩国浦项光源(PLS-II)的升级改造项目中,至今为止软硬件运行稳定,受到韩方的认可。2013年3月,在SuperKEKB直线加速器控制室现场测试了第二代高精度定时系统软硬件,实现了不同高频信号的同步、基于PLC-EVR的中断功能、EVG中断功能、系统晃动5ps等性能,进而可以应用在日本SuperKEKB对撞机改造项目。韩国自由电子激光项目、核废料处理ADS项目均已决定采用高精度定时系统;中国散裂中子源项目也将该系统列为选择方案之一。这些都证明了该所在加速器控制和束流测量专用快电子学的领域得到了国外同行的认可,也逐步扭转了国内加速器控制和束流测量专用快电子学设备依赖进口的局面。

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