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高精度数字同步系统的研究

张锋  
【摘要】: 在激光核聚变(ICF)研究领域,打靶的多路激光脉冲不但需要波形和能量的一致,而且需要有很高的时间一致性,即多路打靶激光脉冲在时域上要严格同步,同步精度需达到10ps,这种同步指标比全球定位系统的时间精度高出两个量级。同时神光原型装置的振荡级、预放级、放大级以及激光和物理实验的诊断设备,都对高精度的同步系统提出了要求。 数字同步机是用来解决超短激光脉冲输出大晃动问题的一种高精度宽延时范围的数字同步系统。对于不同的延时时间,它通过数字延时、模拟延时和晃动补偿来实现0~1s的同步调节,电路设计中巧妙的将数字延时和模拟延时相结合,既保证了同步调节精度,又扩展了同步调节范围,满足了不同延时时间的要求,保证了各延时段临界点的延时精度。在实验中取得了很好的实验结果。在数字延时电路中,采用FPGA现场可编程器件取代大量的不同延时时间段的计数器设计仿真,使其电路的设计方便灵活、输出精度更高和抗干扰性更强,同时也大大的缩小了控制电路的体积。该高精度数字同步机还可以广泛的应用于对同步辐射光源系统、光通讯研究领域、光泵浦系统、能源系统和光束控制系统。 本文首先详细叙述了自己为中国科学院物理所研制的高精度数字同步系统的各个硬件组成部分、各部分的工作原理、主要组成、功能和具体的实现细节;介绍了利用FPGA实现数字延时代替由大量的不同延时时间段的计数器,并进行了模拟仿真,结果证明采用FPGA器件来实现数字延时可使高精度数字同步系统的电路功耗降低、体积大大缩小,有利于整机性能的提高和应用推广;其次介绍了高精度数字同步系统的软件部分,分模块介绍了各部分的功能和工作方式,对下位机工作模块和上位机工作模块进行了详细的说明;最后对实验结果进行了描述,总结了全文。


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