《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于白兔時(shí)間同步協(xié)議的加速器節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理 8期
蘇暢,，梁昊
（1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,，安徽合肥230026,； 2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系,安徽合肥230026）
摘要： 提出了一種基于白兔時(shí)間同步協(xié)議,，利用SPARTAN6系列現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)亞納秒級(jí)別時(shí)間同步，并通過(guò)測(cè)量觸發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)間,，根據(jù)設(shè)置的延遲進(jìn)行恢復(fù),，從而實(shí)現(xiàn)高于120 ps時(shí)間分辨率。該方法能夠精確控制多節(jié)點(diǎn)信號(hào)發(fā)生的絕對(duì)時(shí)間,，具有廣泛的應(yīng)用前景,。特別地，該方法可應(yīng)用于同步輻射加速器中,，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,，有望在材料科學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,。該研究成果為同步輻射加速器的研究和實(shí)驗(yàn)提供了新的解決方案,，有望推動(dòng)同步輻射技術(shù)的發(fā)展，為科學(xué)研究和工程應(yīng)用提供更多可能,。
中圖分類(lèi)號(hào)：TN915
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：蘇暢,，梁昊.基于白兔時(shí)間同步協(xié)議的加速器節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步系統(tǒng)［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2023,，42（8）：83-87,，94.
Accelerator node clock synchronization system based on White Rabbit time synchronization protocol
Su Chang1,2,Liang Hao1,2
(1.State Key Laboratory of Nuclear Detection and Nuclear Electronics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 2.Department of Modern Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)
Abstract： This paper proposes a multinode subnanosecond level time synchronization method based on the White Rabbit time synchronization protocol, and it is implemented using SPARTAN6 series FPGAs. By measuring the trigger signal arrival time and recovering them based on the set delay, a time resolution higher than 120 ps is achieved. This method can precisely control the absolute occurrence time of signals from multiple nodes and has broad application prospects, especially in synchrotron accelerator experiments. It can improve the accuracy and stability of experimental data and may find widespread applications in material science, biology, chemistry, and other fields. The research results presented in this paper provide a new solution for synchrotron accelerator research and experiments, and have the potential to advance the development of synchrotron radiation technology, thereby providing more possibilities for scientific research and engineering applications.
Key words : digital circuits; White Rabbit time synchronization protocol; synchrotron accelerators; time digitization

0    引言

本文提出了一種基于白兔時(shí)間同步協(xié)議和SPARTAN6系列FPGA的方法，可實(shí)現(xiàn)同步輻射加速器中多節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)信號(hào)高精度時(shí)間同步和數(shù)字化,。如果沒(méi)有定時(shí)系統(tǒng),，就無(wú)法精確控制和測(cè)量加速器不同節(jié)點(diǎn)信號(hào)間的時(shí)間關(guān)系,，從而無(wú)法獲取詳細(xì)信息。因?yàn)榱Ｗ右越咏馑僭诩铀倨髦羞\(yùn)動(dòng),即使是納秒級(jí)別的定時(shí)誤差都會(huì)造成粒子的位置產(chǎn)生幾米的誤差,。因此,，定時(shí)系統(tǒng)對(duì)于同步輻射加速器的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性至關(guān)重要。當(dāng)前,，主流的定時(shí)系統(tǒng)包括白兔和事件定時(shí)系統(tǒng),。相較于事件定時(shí)系統(tǒng)，白兔技術(shù)易于集成到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中,，且作為一個(gè)開(kāi)放硬件和軟件項(xiàng)目,，可以自由使用和修改以滿足特定需求。因此,，本文選擇白兔技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)方案,。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)和觸發(fā)信號(hào)恢復(fù),，還必須考慮溫度變化等因素對(duì)系統(tǒng)的影響,。

本文方法精確實(shí)現(xiàn)了各個(gè)加速器節(jié)點(diǎn)相對(duì)于主節(jié)點(diǎn)的優(yōu)于120 ps精度的時(shí)間同步功能，具有廣泛的應(yīng)用前景,。本文的研究成果不僅為同步輻射技術(shù)的發(fā)展提供了新的解決方案,，也為科學(xué)研究和工程應(yīng)用提供了更多可能。




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作者信息：

蘇暢1,2,，梁昊1,2

（1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,，安徽合肥230026；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系,安徽合肥230026）

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