Hard- und Softwareseitige Erweiterung eines SDR-Systems zur Flussrampen-Signalerzeugung für die Auslese supraleitender Detektorarrays

by Mr Keppner Benedikt

Friday Oct 13, 2023, 2:00 PM → 2:30 PM Europe/Berlin

https://kit-lecture.zoom-x.de/j/67140340939?pwd=bmhGY3ZYbm93RnBMd2FjQTV2NVF4UT09 (Zoom + Raum 413)

Vorstellung der Bachelorarbeit von Benedikt Keppner mit dem Thema: Hard- und Softwareseitige Erweiterung eines SDR-Systems zur Flussrampen-Signalerzeugung für die Auslese supraleitender Detektorarrays.

Der Vortrag wird im Hybridformat in Raum 413 und über Zoom stattfinden.

Kurzfassung:

Die am IPE entwickelte Raumtemperatur-Elektronik für die Auslese von Mikrowellen-SQUID-Multiplexern, bestehend aus einem MPSoC Board, einem Converter-Board mit Digital-Analog und Analog-Digital Wandlern sowie einem RF-Frontend, bildet ein software-defined-radio (SDR) System. In dieser Arbeit wird die Entwicklung, Implementierung und Inbetriebnahme eines verbesserten Systems zur Flussrampen-Generierung beschrieben. In der Vergangenheit wurden die Flussrampen über ein DAC-Board generiert, welches mit LVDS-Verbindungen angesteuert wird. Die Flussrampen werden für die Linearisierung und Modulation von SQUIDs bei der Auslese von MMC-Arrays verwendet. Der Fokus der in dieser Arbeit entwickelten Flussrampen-Generierung liegt auf der spezifischen Anwendung im ECHo-Experiment. Hierbei sollen in der Endstufe des Experiments insgesamt 6000 SQUIDs, verteilt auf 15 Mikrowellen-SQUID-Multiplexer, zur Auslese von 12000 MMC-Detektorpixeln verwendet werden. Die neu entwickelte Flussrampenelektronik besteht aus einer zu dem Converter-Board kompatiblen Erweiterungsplatine, einem FPGA Modul zur digitalen Generierung von Flussrampensignalen sowie einem Software Treiber für die Kommunikation zwischen einem Client-PC und der Plattform. Die neue Flussrampenlösung wird charakterisiert sowie evaluiert sowie im Anschluss mit dem bisherigen Flussrampensystem verglichen.

Es wird gezeigt, dass die neue Hardware- und Softwareumgebung in der Lage ist, Rampensignale in einem höheren Frequenzbereich zu erzeugen. Dadurch wird nach der Rampendemodulation eine höhere zeitliche Auflösung der Detektorsignale erreicht, was die Messgenauigkeit der absorbierten Partikelenergie verbessert. Die Verbesserung des Signalverhaltens gelang durch die Optimierung der Hardware insbesondere hinsichtlich der Fallzeit und der Rauschcharakteristik. Ferner ist das neue Flussrampensystem sowohl preislich als auch im FPGA Ressourcenverbrauch günstiger und daher gegenüber dem LVDS-DAC Board zu bevorzugen.

Vortragssprache: Deutsch