基于 RF-SoC 的微波动力学电感探测器读出系统的建模结果与基线设计
天体物理仪器与方法
2023-02-10 v3
摘要
基于现有信号处理技术与开源软件，本文提出了一种用于基于低温探测器的空间-光谱焦平面仪器的 RF 片上系统频分复用读出系统的基线设计。对不同 FPGA 载板进行了权衡分析，试图为读出更大规模的微波动力学电感探测器（MKIDs）阵列寻找最优的下一代解决方案。选定了 Xilinx 的 ZCU111 RF SoC FPGA 板，并展示了该集成系统如何有望增加每块板可读出的像素数，从而降低每像素读出成本、质量与体积以及功耗，这些对于使 MKID 仪器在地面与空间天体物理中更具可行性至关重要。片上逻辑容量被证明对该新系统可读出、信道化及处理的 MKID 数量构成主要约束。为此，分析了新颖的信号处理技术，包括数字下变频（DDC）校正亚最大抽取采样，以在不损害信噪比的前提下减少逻辑需求。还展示了将 ZCU111 板与次级 FPGA 板结合可使全部 8 个 ADC 与 8 个 DAC 得以利用，提供足够带宽以每板组读出多达 8,000 个 MKID，较最先进水平提升八倍，对实现 100,000 像素阵列具有重要意义。最后，探讨了将 MKID 工作频率范围拓展至 5–10 GHz 频段（或更远）的可行性，并给出了这样做的一些益处与后果。
引用
@article{arxiv.2212.07938,
title = {Modeling Results and Baseline Design for an RF-SoC-Based Readout System for Microwave Kinetic Inductance Detectors},
author = {Colm Bracken and Eoin Baldwin and Gerhard Ulbricht and Mario de Lucia and Tom Ray},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.07938},
year = {2023}
}