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受控核聚变能量转化率极高，燃料储量极为丰富，被誉为人类的“终极能源”。惯性约束聚变被认为是受控核聚变的主要实现途径之一，使用激光（或其与黑腔作用产生的X射线）照射装有氘氚气体燃料的靶丸，使燃料进入高温高压状态而发生热核反应。惯性约束聚变对辐照均匀性和靶丸均匀性要求很高，低阶靶丸辐照不对称性和高阶靶丸结构不对称性会导致聚变热斑在压缩过程中发生定向运动，这种定向运动会降低能量耦合效率，影响内爆性能。
热斑定向运动速度测量的主要方式是中子飞行时间诊断，聚变实验中的中子飞行时间诊断一般是通过记录聚变实验中产生的中子束流信号波形，获得中子飞行时间谱和中子能谱，并依此分析得到包括热斑定向运动速度在内的诸多物理量。
中子信号波形的记录主要面临两大难题。一方面，核聚变诊断中对于时间精度的需求很高，达到几十ps以内，并且将来会一直向更高精度发展；并且，目前中子探测器的响应可以达到几百ps量级，光电转换器件MCP-PMT的响应脉宽可达200ps。这使得波形数字化电路需要具有数Gsps以上的采样率确保采集到完整的信号波形，同时具有数GHz以上的带宽以保证信号完整性。
另一方面，中子波形的波形结构由初级中子、下散射中子等不同来源、不同能量的各种中子构成，它们在幅度上的差别可以达到数十倍甚至数百倍。这要求电子学在单次实验中就够覆盖极大的信号动态范围。
本文针对聚变实验中子飞行时间诊断对于读出电子学的高速、大动态范围要求，设计具有阶梯式超宽量程的高速波形数字化电子学。本文基于采样率达10GSPS、分辨率达12bit、模拟输入带宽达8GHz的商用ADC芯片设计多通道高速波形数字化电路，并配合其设计高速信号扇出电路，通过将探测器信号分为多路扇出，并在每路扇出信号路径设置衰减倍数呈阶梯分布的衰减电路，使得信号输入动态范围达到10000倍以上。其中，10GSPS双通道高速波形数字化电子学原型已经在100kJ激光装置的束流实验中运行并完整记录了中子探测器和伽马探测器信号信号波形。
