Published April 12, 2024 | Version v1
Publication Open

RFSoC Gen3-Based Software-Defined Radio Characterization for the Readout System of Low-Temperature Bolometers

Creators

  • 1. Instituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas
  • 2. Karlsruhe Institute of Technology

Description

Abstract This work reports the performance evaluation of an SDR readout system based on the latest generation (Gen3) of AMD's Radio-Frequency System-on-Chip (RFSoC) processing platform, which integrates a full-stack processing system and a powerful FPGA with up to 32 high-speed and high-resolution 14-bit Digital-to-Analog Converters and 14-bit Analog-to-Digital Converters. The proposed readout system uses a previously developed multi-band, double-conversion IQ RF-mixing board targeting a multiplexing factor of approximately 1000 bolometers in a bandwidth between 4 and 8 GHz, in line with state-of-the-art microwave SQUID multiplexers. The characterization of the system was performed in two stages, under the conditions typically imposed by the multiplexer and the cold readout circuit: first, in transmission, showing that noise and spurious levels of the generated tones are close to the values imposed by the cold readout, and second, in RF loopback, presenting noise values better than −100 dBc/Hz totally in agreement with the state-of-the-art readout systems. It was demonstrated that the RFSoC Gen3 device is a suitable enabling technology for the next generation of superconducting detector readout systems, reducing system complexity, increasing system integration, and achieving these goals without performance degradation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعرض هذا العمل تقييم أداء نظام قراءة حقوق السحب الخاصة بناءً على أحدث جيل (Gen3) من منصة معالجة نظام الترددات الراديوية على الرقاقة (RFSoC) من AMD، والتي تدمج نظام معالجة كامل الحزمة و FPGA قوي مع ما يصل إلى 32 محولًا رقميًا إلى تناظري عالي السرعة وعالي الدقة 14 بت ومحولات تناظرية إلى رقمية 14 بت. يستخدم نظام القراءة المقترح لوحة خلط IQ RF متعددة النطاقات ومزدوجة التحويل تم تطويرها مسبقًا وتستهدف عامل إرسال مضاعف يبلغ حوالي 1000 بولومتر في نطاق ترددي يتراوح بين 4 و 8 جيجاهرتز، بما يتماشى مع أحدث معالجات حبار الميكروويف. تم إجراء توصيف النظام على مرحلتين، في ظل الظروف التي يفرضها عادة المضاعف ودائرة القراءة الباردة: أولاً، في الإرسال، تظهر أن الضوضاء والمستويات الزائفة للنغمات المتولدة قريبة من القيم التي تفرضها القراءة الباردة، وثانياً، في الاسترجاع اللاسلكي، تقدم قيم الضوضاء أفضل من -100 ديسيبل/هرتز تمامًا بما يتفق مع أنظمة القراءة الحديثة. وقد ثبت أن جهاز RFSoC Gen3 هو تقنية تمكين مناسبة للجيل التالي من أنظمة قراءة الكاشف فائق التوصيل، مما يقلل من تعقيد النظام، ويزيد من تكامل النظام، ويحقق هذه الأهداف دون تدهور الأداء.

Translated Description (French)

Résumé Ce travail rapporte l'évaluation des performances d'un système de lecture SDR basé sur la dernière génération (Gen3) de la plate-forme de traitement RFSoC (Radio-Frequency System-on-Chip) d'AMD, qui intègre un système de traitement complet et un puissant FPGA avec jusqu'à 32 convertisseurs numériques-analogiques 14 bits haute vitesse et haute résolution et convertisseurs analogiques-numériques 14 bits. Le système de lecture proposé utilise une carte de mélange RF IQ multibande à double conversion précédemment développée ciblant un facteur de multiplexage d'environ 1000 bolomètres dans une largeur de bande comprise entre 4 et 8 GHz, conformément aux multiplexeurs SQUID hyperfréquences de pointe. La caractérisation du système a été réalisée en deux étapes, dans les conditions typiquement imposées par le multiplexeur et le circuit de lecture à froid : premièrement, en transmission, montrant que le bruit et les niveaux parasites des tonalités générées sont proches des valeurs imposées par la lecture à froid, et deuxièmement, en bouclage RF, présentant des valeurs de bruit supérieures à -100 dBc/Hz totalement en accord avec les systèmes de lecture de l'état de l'art. Il a été démontré que le dispositif RFSoC Gen3 est une technologie habilitante appropriée pour la prochaine génération de systèmes de lecture de détecteurs supraconducteurs, réduisant la complexité du système, augmentant l'intégration du système et atteignant ces objectifs sans dégradation des performances.

Translated Description (Spanish)

Resumen Este trabajo informa sobre la evaluación del rendimiento de un sistema de lectura SDR basado en la última generación (Gen3) de la plataforma de procesamiento Radio-Frequency System-on-Chip (RFSoC) de AMD, que integra un sistema de procesamiento de pila completa y un potente FPGA con hasta 32 Convertidores Digital a Analógico de 14 bits de alta velocidad y alta resolución y Convertidores Analógico a Digital de 14 bits. El sistema de lectura propuesto utiliza una placa de mezcla de RF IQ de doble conversión multibanda desarrollada previamente dirigida a un factor de multiplexación de aproximadamente 1000 bolómetros en un ancho de banda entre 4 y 8 GHz, en línea con los multiplexores SQUID de microondas de última generación. La caracterización del sistema se realizó en dos etapas, bajo las condiciones típicamente impuestas por el multiplexor y el circuito de lectura en frío: primero, en la transmisión, mostrando que los niveles de ruido y espurios de los tonos generados están cerca de los valores impuestos por la lectura en frío, y segundo, en el bucle de RF, presentando valores de ruido mejores que -100 dBc/Hz totalmente de acuerdo con los sistemas de lectura del estado de la técnica. Se demostró que el dispositivo RFSoC Gen3 es una tecnología habilitadora adecuada para la próxima generación de sistemas de lectura de detectores superconductores, reduciendo la complejidad del sistema, aumentando la integración del sistema y logrando estos objetivos sin degradación del rendimiento.

Files

s10909-024-03079-0.pdf.pdf

Files (1.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2d25412bde82da0df88abe9255c1b0ab
1.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
توصيف الراديو القائم على البرمجيات المستندة إلى RFSoC Gen3 لنظام القراءة لمقاييس البولومتر ذات درجة الحرارة المنخفضة
Translated title (French)
Caractérisation radio définie par logiciel RFSoC Gen3 pour le système de lecture de bolomètres à basse température
Translated title (Spanish)
Caracterización de radio definida por software basada en RFSoC Gen3 para el sistema de lectura de bolómetros de baja temperatura

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394759359
DOI
10.1007/s10909-024-03079-0

Is supplement to
https://openalex.org/W4233510838 (Other)
https://openalex.org/W3215187042 (Other)
https://openalex.org/W3175995554 (Other)
https://openalex.org/W266342242 (Other)
https://openalex.org/W2371342700 (Other)
https://openalex.org/W2363059241 (Other)
https://openalex.org/W2327110311 (Other)
https://openalex.org/W2100439961 (Other)
https://openalex.org/W2039899645 (Other)
https://openalex.org/W2030694146 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1486570157
  • https://openalex.org/W1992735677
  • https://openalex.org/W3023593586
  • https://openalex.org/W3099966766
  • https://openalex.org/W3102216230
  • https://openalex.org/W3103229854
  • https://openalex.org/W3104373221
  • https://openalex.org/W3114936721
  • https://openalex.org/W3127987536
  • https://openalex.org/W4295120660
  • https://openalex.org/W4300491327
  • https://openalex.org/W4318309562
  • https://openalex.org/W4318476183
  • https://openalex.org/W4320039718
  • https://openalex.org/W4380046510
  • https://openalex.org/W4385758639