高能所CSNS/RCS射频低电平数字控制器

1项目背景

项目背景

·本项目是中科院高能物理研究所在国家重大科技基础设施建设项目“中国散裂中子源”(CSNS)项目中对快循环同步加速器(RCS) 射频低电平数字控制器的需求。
·CSNS是国家“十一五”期间重点建设的科学装置,由中科院和广东省共同建设,选址于广东省东莞市,项目预计总投资为22亿元人民币。
·中科院高能物理研究所是CSNS及广东东莞散裂中子源国家实验室的法人单位。
·CSNS建成后,将与英国、美国、日本的散裂中子源相并列,成为世界四大主要脉冲散裂中子源科学中心之一,并且是发展中国家第一台散裂中子源,每年可接待上千名研究人员在不同的谱仪上展开研究。

2项目需求

CSNS/RCS射频低电平控制系统是一个复杂的多回路控制系统, 其中CSNS/RCS射频低电平数字控制器是RCS射频低电平控制系统的核心部件,采用嵌入式数字化、模块化的CPCI总线结构,所有控制功能基于数字控制器板载FPGA与DSP芯片实现。用于完成各种控制回路所涉及的信号采集、处理与数据运算等功能,实现射频加速电压的幅度控制、腔体的动态调谐、腔压与束流相位的同步、射频频率校正、束流负载的前馈和反馈等多种控制功能,同时对系统长时间连续工作的稳定性和可靠性提出了很高的要求。

3项目成果

凌久电子基于先进的整体平衡设计技术,综合考虑性能、可靠性、兼容性、成本、体积、重量、功耗的前提下,实现了CSNS/RCS射频低电平数字控制器系统设计与用户需求的最优匹配。满足用户在高速AD采集、高速DA回放、高性能信号处理、超高传输带宽的突出需要,同时又在性能、成本、可靠性、功耗等方面得到合理解决的整体解决方案。

其解决方案主要特点包括:
1、针对长期稳定工作进行了优化设计:利用自主知识产权(已授权发明专利)ADC接口IP核有效提高ADC采集模块的稳定性和一致性;利用DSP接口转换技术有效提高FPGA与DSP 接口通信的稳定性;采用多层次动态功耗管理技术;从系统、硬件板卡、元器件、电源设计、底层软件等方面进行多层次功耗管理,保障了数字控制器在狭小散热空间中长时间稳定工作的需要;
2、采用了新一代主流DSP处理平台,并提供完全自主知识产权的DSP集成开发环境;
3、采用独立的健康监控管理体系,提供健康监控管理系统软件,为调试和实验过程中的故障定位、问题复现提供技术保障;
4、采用了严格的高可靠设计和保障措施, 利用多年来条件建设形成的一套完整的FPGA逻辑、软件代码、硬件性能的测试验证环境为CSNS/RCS射频低电平数字控制器进行严格的测试,提高了用户整机系统的稳定性和可靠性。

项目成果