V01．26，NO．9
Sep．，2014
第26卷第9期
2014年9月
强 激 光
与
HIGH PoWER LASER AND PARTICLE BEAMS
粒 子 束
强流质子加速器PXIe控制器的子控制系统。
郑亚伟1‘2，
徐卫彬1‘2，
罗冰峰1‘2，
郭玉辉1
(1．中国科学院近代物理研究所，兰州730000； 2．中国科学院大学，北京100049)
摘
要：
针对一台用于加速器驱动次临界系统(ADs)的强流质子加速器，即ADS注入器Ⅱ，开展其定时
系统和快保护系统的研究工作，设计了一款可在这两个系统中应用的PXle控制器。该控制器基于现场可编程
门阵列设计，可实现光纤通信、PXle总线通信、延时触发信号输出等功能。其中，光纤通信功能用于实现各
PXle控制器之间的数据传输；PXle总线通信功能主要是为了实现控制器与工控机之间的数据交互；延时触发
信号输出功能可以给出精确的低电压晶体管晶体管逻辑电平标准的时序触发信号，从而保证加速器的各子系
统和设备能够按照一定的时序协调一致地工作。
关键词： 加速器驱动次临界系统；快保护；定时；光纤； 现场可编程门阵列；PXle控制器
A
中图分类号：TP273．5
文献标志码：
doi：10．11884／HPLPB201426．095101
加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制系统是基于EPICS架构的分布式控制系统。其中，快保护
系统和定时系统是整个ADS注入器Ⅱ控制系统中两个十分重要的子系统。由于ADS注入器Ⅱ属于强流质子
加速器[1]，其运行风险大大高于其他常规加速器，当其运行过程中束流损失超过阈值时，需通过离子源的斩波
器磁铁将束流切断，然后将相关设备关闭，以避免现场设备由于受到强束流连续轰击而造成的损坏。为了保护
现场机器设备的安全，同时也为了快速定位故障位置以便减小故障排除时问，需要建立一套旨在实现故障信号
采集、保护动作输出以及故障EI志记录等功能的快保护系统心。4]。根据物理计算，该快保护系统只有在10肚s
内完成故障信号的读取和保护动作的输出，才可以避免现场设备由于受到强束流连续轰击而造成的损坏。此
外，为了保证微波机、斩波器电源、40 kw功率源等设备能够按照一定的时序协调一致地工作，需要建立定时
系统以为这些设备提供精确的低电压晶体管晶体管逻辑(LVTTL)电平标准的时序触发信号[5“]。根据初步
统计，此时序触发信号的可调节延时步长必须小于500 ps，其抖动不应大于50 ps。为此，我们设计了一款PX
Ie控制器，并以此控制器来构建ADS注入器Ⅱ的定时系统和快保护系统。
1控制器的设计
1．1控制器的硬件结构
该PXIe控制器采用了现场可编程门阵列(FPGA)(XC6VLX75T 1FFG484C)芯片作为数据的核心处理器
Gbit的DDR3 SDRAM和256
件。以存储容量为4
Mbit的FLASH作为FPGA数据和程序的外接存储器件，
充分地扩展了故障信息、事件码和时问标记的存储空问，并通过使用千兆光纤模块实现了事件流、故障信息等
实时数据的传输。此外，该控制器利用了PXIe背板总线实现了其与MySQL数据库和机箱内其他控制器进行
数据交互的功能。
当然，为了满足定时系统和快保护系统的控制要求，该控制器除了具备程序存储、数据存储、PXIe总线通
信和光纤通信功能之外，还具备了延时触发信号输出、TTL电平输出、TTL电平输入和162．5 MHz射频信号
输入等功能。其中，延时触发信号输出功能可以给出精确的时序触发信号以保证加速器的各子系统和设备能
够按照一定的时序协调一致的工作；TTL电平输出功能用于实现保护动作的输出；TTL电平输入功能用于实
现故障信号的采集；162．5
E4428C输出的162．5
MHz射频信号输人功能主要用于将射频(RF)信号源Agilent
MHz信号接入PXIe控制器，以便将其分频后作为事件钟使用。控制器的总体结构如图1所示。
1．2控制器的关键电路设计
1．2．1延时电路设计
为了能够输出可调节延时步长小于500 ps，抖动小于50 ps的LVTTL电平标准的时序触发信号，我们采
04
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修订日期：2014
*收稿日期：2014
09；
基金项目：中国科学院战略性先导科技专项资助课题(XDA03021503)
作者简介：郑亚伟(1988)，男，硕士研究生，从事加速器控制技术研究；．ac．cn。
通信作者：郭玉辉(1978)，男，副研究员，从事加速器控制技术研究；．ac．cn。
095101
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万方数据
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