中文摘要：

在核与粒子物理实验中，探测器出来的信号经前置放大器、主放大器、滤波成形或甄别器，都需要进行数据获取部分。在有些核与粒子物理实验中，信号的上升时间非常之短（如10ns左右），这时有超高速数据采集系统，就能将光电倍增管输出的信号波形全部记录下来，并可以提供更多和更精确的数据信息，包括幅度，上升和下降时间。这将非常有利于修正误差，以及修正基线漂移，堆积等因素带来了的误差。超高速数据采集技术，还有利于电源、电子加速器等领域上的测量工作。超高速数据采集技术采用并行交替型ADC采样模式（Time Interleaved ADC，TI-ADC）对信号进行采样。由M个并行的ADC共同对同一个模拟输入信号进行采样，各ADC的采样时钟依次错开一个固定的相位，最后，所有的ADC的数字输出再按相同的规律汇总在一起，形成一个总的数字输出。TI-ADC技术带来的误差，通过采用数字信号处理来进行误差补偿，从而消除误差。

结论摘要：

在一些核物理研究中，信号的上升时间非常之短（如10ns左右），或为了减少前端电子学的要求，这时需要超高速数据采集系统，就能将探测器输出信号波形全部记录下来，并可以提供更多和更精确的数据信息，包括幅度，上升和下降时间。这将非常有利于修正误差，以及修正基线漂移，堆积等因素带来了误差。超高速数据采集系统，还有利于电源、加速器技术等领域上的测量工作。项目采用TIADC并行交替性ADC对信号进行采样。 400MHz，16bit的TIADC超高速数据采集平台设计时，全面考虑电磁兼容与信号完整性问题。在高速的PCB设计中在阻抗与叠层的设计进行严格设计，叠层阻抗设计、线宽/线间设计进行严格约束，实际设计阻抗与理论值之间误差范围最大为2%；LVDS设计按100ohm的传输阻抗进行约束，实际误差范围最大为2.7%。在高频率传输线附近以及密集区进行小过孔的设计，减少电流的回流路径。对于时钟线、ADC传输线以及高速数据传输线（差分传输线）进行了更为严格的等长设计约束。在设计中，对上述布线严格按照误差为2mil。设计平台进行了仿真与测试，能很好的满足信号的传输要求。项目采用了带宽2.5Gbps的PCI-E 1.0 x1实现与服务器间的高速数据传输。同时采用PCI-E的技术也是用来满足项目研究的长久性与可扩展性。项目设计采用了2个分别2GB的DDR2存储单元，进行write和read的单独操作，同时在读写传输时又采用了不同的时序控制。TIADC存在各采样通道的增益失配误差、时钟相位误差、偏置/零点失配误差。偏置/零点失配误差可以通过测试得出直接减去进行修正；增益失配误差和时钟相位误差通过LMS算法进行修正。400MHz，16bit的数据采集就对后端的算法运行速度有高的要求，所以需要采用简单有效的算法。通过多次测试，平台采用64阶数的LMS算法对数据进行滤波修正。在项目的资助下，完成了TIADC高速数据采样平台的设计，同时也与重离子治癌控制系统的系统设计进行了实际的结合与研究，并取得了一些重要的研究结论，有些研究结果已经应用于加速器控制系统中的关键控制器的改善优化中。本项目的研究结果对开展核物理实验研究具有重要的意义；同时对于加速器技术应用产业化也具有重要的推进意义，也可为其提供技术参考；也可为加速器控制系统优化升级提供技术参考。对提升重离子治癌控制系统的智能化、可靠性方面有着积极意义。