Speaker
煜铖 张
(散裂中子源科学中心，华中师范大学)
Description
微波动态电感探测器（MKID）是一种高品质因数的超导微波谐振器，迄今已经在高能 X/γ 射线、天文弱光等弱辐射探测领域表现出了极大的潜力。MKID阵列凭借其天然的频分复用优势，可通过单条微波馈线同时读取数千个像素，在大视场天文观测和量子信息等领域具有重要应用前景。然而，随着阵列规模扩大至千通道级，读出电子学在激励生成、信号采集与实时解调方面面临严峻挑战。
本文提出并实现一种基于AMD ZYNQ UltraScale+ RFSoC的千通道级MKID微波复用室温读出电子学系统。利用RFSoC单片集成的ADC/DAC和可编程逻辑，在单芯片上完成了全链路的数字信号处理。系统支持FPGA固件实现的快速频率扫描、定频测试等核心功能。在发射端，为突破FPGA资源限制，采用16 组 RAM 并行存储基准波形，独立控制各RAM的读地址步进生成多路可配置频率的差异化频点。同时时分复用各个RAM，实现输出可配置数量(至多2048个)的频点数据流。该数据流经综合多相滤波器组实时合成为一个包含配置频点的多载波信号，最终由2.048 GSPS DAC输出0~2 GHz微波激励。在接收端，通过分析多相滤波器组将探测器响应信号实时分割为2048个独立子带，经数字下变频提取各子带的传输系数S21，并对每个子带的S21进行可配置滑动平均滤波，以实现噪声抑制与信噪比提升。
原型系统采用PYNQ开发框架，通过以太网接口与Jupyter Notebook交互式上位机通信，实现参数配置与数据采集。在硬件搭建与逻辑开发的基础上，开展了功能与性能测试，验证了多载波激励合成、实时子带分割的正确性。系统已具备与千通道MKID联调能力，相关联调工作正在推进中。
