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一种多道脉冲幅度分析器的实现方案

作者:时间:2011-10-14来源:网络收藏
2.2 峰值检测电路

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/187264.htm

  峰值检测电路由甄别电路和控制电路两部分构成,甄别电路的作用是检测信号时序,控制电路则根据甄别电路的时序对模拟开关、ADC转换进行控制。控制电路必须跟甄别电路的时序严格结合在一起,才能完成峰值检测任务。

  由于核辐射探测器输出的脉冲信号幅度和入射粒子的能量成正比,因此,测量这些脉冲的幅度,就可以知道辐射的能量。可见,测量技术在核能谱测量中是一个重要的问题。甄别电路需要解决三个与信号相关的信息:一是超过阈值信号的信息;二是过峰时间信息,即启动ADC转换的时间信息;三是ADC完成转换的时间信息。甄别电路中也存在三个关键问题,研究中要予以注意:

  首先,由于放大器输出的α和γ射线脉冲宽度比较窄(约1μs到5μs),而本系统选用的ADC转换速度为10μs,所以,要对脉冲信号峰值进行峰值展宽。采样保持电路要求采样速度快,以使保持时间能达到ADC采样时间指标。

  其次,由于脉冲信号的随机性,为了防止信号来的过密而引起漏计,本系统采用10μs转换速度的ADC,所以,从理论上分析,如果两个信号相隔10μs内,则会引起漏计。而由于CPU处理速度等问题的存在,实际上,这个时间间隔可能长3~10倍,即在30~100μs之间(根据CPU处理速度及代码量而定),甚至更多,也就是说,实际信号出现这种情况的几率很少,所以,可以忽略这个问题。

  另外,还要解决信号过密而引起的幅度信号错误纪录,而高能区的信号也可能被误计为低能区的信号,容易引起低能计数偏大而高能计数偏小的问题。

  图2所示是甄别电路和控制电路的原理图。甄别电路的主要功能是完成过峰检测和去除信号噪声,可通过设定闭值将信号中能量小于阀值的噪声去。峰值通过后,提供信息给控制电路;控制电路的主要功能是完成对A/D读入/转换状态的控制。控制电路可由74HC74触发器构成。

  

甄别电路和控制电路的原理图

  甄别和控制电路具体工作过程是,先由嵌入式微处理器控制中心给控制电路发出信号,以使控制电路处于工作状态,当脉冲信号到达后,由甄别电路进行甄别,并在过峰值后,将峰值通过的时间信息提供给控制电路;此后由控制电路启动模数转换,数模转换完毕,再由嵌入式微处理器控制中心产生中断,同时使控制电路停止工作,同时进行相应的数据处理;中断完毕,再由单片机发信号使控制电路重新处于工作状态。

  采样开始时,先由ARM通过控制74HC74来启动A/D,然后,使U2A的RD和U2B的RD及SD端输出高电平,控制电路处于接收信号状态。当信号上升沿的能量低于设定的闭值电压时,U2A的CLK端为低电压,此时,U2A的RD和SD端均为高电平,输出端5脚保持原来的低电平不变。当信号上升沿的能量高于设定的闭压值时,U2A的CLK端为高电压,输出端5脚输出高电平,启动U2B。当脉冲没有达到峰值时,比较器U1B的同相输入端电压低于反相输入端电压,6端输出低电压,当过峰后,6端输出高电平,R/C输出低电平以启动A/D转换。转换完毕后,由ARM重新控制A/D进行下一个脉冲信号的采集。甄别电路和控制电路的工作流程如图3所示。

  

甄别电路和控制电路的工作流程

  2.3 模数转换电路

  模数转换电路的作用是将模拟量转换成数字量,并将转换结果反馈给微控制器。主要用于快速、高精度地对输入的核脉冲信号进行采样,并将脉冲的幅度值转换成微控制器所能够处理的数字量。模数转换电路作为脉冲幅度的关键部件,其性能的好坏直接影响整个系统的能量分辨率和转换精度等参数。综合对多道脉冲幅度分析器的ADC芯片的主要性能(如转换速度,功耗,转换精度)等考虑,本系统选用AD公司的AD7994,并在实际工作中采用“并道”的方法,每4道并作l道,则道宽非线性即可降低至原来的1/4。这种方法可降低由于ADC本身造成的非线性误差。其具体电路设计见图4所示。

  

具体电路设计


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