Baza wiedzy: Politechnika Warszawska

Ustawienia i Twoje konto

Powrót

Controller module for real-time quantum applications

Paweł Piotr Kulik

Abstract

In this master thesis project, the "Kasli" module was designed. It is used for real-time control of equipment used in quantum physics experiments (i.a. analog-to-digital and digital-to-analog converters, power supplies, signal generators). Kasli was built using printed circuit board (PCB) technology and houses an FPGA module which controls up to 12 connected devices (extensions), a jitter attenuator with clock distribution circuit which synchronizes all extensions and SFP connectors used for communication with user’s computer or connection of other secondary Kasli modules. Many Kasli boards can be connected together in a tree topology when synchronized control of more than 12 extensions is required. Jitter attenuation circuit was measured to output a high-quality clock with RMS jitter below 400 fs in 10 Hz - 40 MHz range when provided with low-jitter input clock. With no reference signal connected RMS jitter of Kasli clock outputs was measured to be around 1 ps, depending on crystal oscillator performance which varies between measured boards. Phase noise of jitter attenuator circuit was checked with different power supply scenarios. Kasli was designed to be used with an ARTIQ (Advanced Real-Time Infrastructure for Quantum physics) control system which allows to control modules compatible with Kasli. Second revision of the board is currently in production and is used in many laboratories. Board schematics are licensed under CERN Open Hardware License.
Identyfikator pozycji
WUT6212c3c3cdcd40ea9095f4ead6482596
Rodzaj dyplomu
Praca magisterska
Autor
Paweł Piotr Kulik (WEiTI/ISE) Paweł Piotr Kulik Instytut Systemów Elektronicznych (WEiTI/ISE)Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Tytuł w języku polskim
Moduł sterujący do zastosowań kwantowych czasu rzeczywistego
Promotor
Grzegorz Henryk Kasprowicz (WEiTI/ISE) Grzegorz Henryk Kasprowicz Instytut Systemów Elektronicznych (WEiTI/ISE)Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Jednostka dyplomująca
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Jednostka prowadząca
Instytut Systemów Elektronicznych (WEiTI/ISE)
Kierunek / specjalność studiów
Elektronika (Elektronics)
Język
(en) angielski
Status pracy
Obroniona
Data obrony
20-03-2019
Data (rok) wydania
2019
Recenzenci
Grzegorz Pastuszak (WEiTI/IRTM) Grzegorz Pastuszak Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych (WEiTI/IRTM)Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI) Grzegorz Henryk Kasprowicz (WEiTI/ISE) Grzegorz Henryk Kasprowicz Instytut Systemów Elektronicznych (WEiTI/ISE)Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Słowa kluczowe w języku polskim
system sterujący czasu rzeczywistego, system kontrolny, FPGA, pułapka jonowa, ARTIQ, Sinara, open hardware
Słowa kluczowe w języku angielskim
real-time control system, FPGA, ion trap, ARTIQ, Sinara, open hardware
Streszczenie w języku polskim
W ramach pracy zaprojektowany został układ „Kasli”, sterujący w czasie rzeczywistym aparaturą wykorzystywaną do eksperymentów fizyki kwantowej (np. układami przetworników analogowo-cyfrowych, cyfrowo-analogowych, zasilaczami, generatorami sygnałów itp.). Kasli został wykonany w technologii obwodu drukowanego, na którym został umieszczony m.in. układ FPGA, sterujący maksymalnie 12 modułami rozszerzeń, układ tłumiący jitter i dystrybuujący sygnał zegarowy, który synchronizuje rozszerzenia oraz złącza SFP wykorzystywane do komunikacji z komputerem użytkownika lub do podłączenia podrzędnych modułów Kasli. Wiele modułów Kasli można połączyć ze sobą w topologii drzewa, w przypadku gdy wymagane jest sterowanie więcej niż 12 rozszerzeniami. Pomiary wykazały, że układ tłumiący jitter jest w stanie wygenerować sygnał zegarowy o jitterze RMS poniżej 400 fs, kiedy podłączony jest wzorcowy sygnał o niskim jitterze. W przypadku braku sygnału wzorcowego zmierzono jitter RMS sygnału zegarowego na poziomie około 1 ps, zależnym od szumów oscylatora kwarcowego na zbadanych układach Kasli. W pracy zbadano również wpływ sposobu zasilania na szumy fazowe układów zegarowych zamontowanych na tym module. Kasli został zaprojektowany do pracy z systemem kontrolnym ARTIQ (Advanced Real-Time Infrastructure for Quantum physics, pol. Zaawansowana Infrastruktura Czasu Rzeczywistego dla Fizyki Kwantowej), który pozwala sterować urządzeniami kompatybilnymi z układem Kasli. Druga wersja modułu jest obecnie produkowana i jest wykorzystywana w wielu laboratoriach na świecie. Schematy układu Kasli są udostępnione na licencji CERN Open Hardware (CERN OHL).
Plik pracy
    Poproś o plik WCAG
    Pola lokalne
    Identyfikator pracy APD: 32850

    Jednolity identyfikator zasobu
    https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT6212c3c3cdcd40ea9095f4ead6482596/
    URN
    urn:pw-repo:WUT6212c3c3cdcd40ea9095f4ead6482596

    Potwierdzenie
    Czy jesteś pewien?
    Zgłoszenie uwag dotyczących tej strony
    Schowek