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基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器的电路设计

作者:时间:2018-09-07来源:网络收藏

摘要:为解决核辐射测量的实时性问题,设计了基于 Cortex—M3内核的LPC1764处理器、和高速A/D转换等芯片构造多道的电路系统,该系统使用对高速A/D转换数据进行处理,实现脉冲甄别和寻峰;使用LPC1764实现分类计数和统计并将结果通过USB上传到计算机。实际测试结果表明,各项测量数据达到了设计指标的要求,能够满足高速的需求。
关键词:

0 引言
在核辐射测量中,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关系,通过测脉冲信号的幅度就可以知道入射射线的能量。多道的基本原理是将脉冲幅度范围平均分成n(多道脉冲幅度分析器的道数)个幅度间隔,通过将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量,对落在各个幅度间隔内的脉冲分别计数,经过一段时间的累积,就可得到核辐射探测器输出的脉冲幅度的分布曲线。
目前多道脉冲幅度分析器实现方法多种多样,本文介绍一种基于直接采样分析脉冲波形的多道技术的实现方法,该方法使用基于第二代 Cortex-M3内核的LPC1764处理器与CPLD相结合控制A/D采样、脉冲幅度甄别和计数等工作,并通过USB 2.0接口将测量结果上传到计算机进行显示。该方法采用12位高精度高速A/D转换芯片,采样速率40 MHz,由于充分利用了CPLD的功能,该方法具有分析速度快、精度高、没有分析死区等特点,而且使用的芯片少、体积小、可靠性高、性价比高。

1 多道脉冲幅度分析器的总体设计
多道脉冲幅度分析器的总体结构如图1所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/388655.htm


核探测器探测到辐射信号后输出相应的脉冲信号,由于探测器输出的脉冲信号并不是理想的指数信号,而是存在信号堆积、过零下冲、随机噪声等现象,需经模拟前端进行模拟处理,包括信号滤波、极-零相消、积分成形、剔除干扰、抑制噪声、放大等。经模拟前端处理后的信号经A/D转换电路转换成波形数据交给CPLD完成脉冲的甄别和寻峰处理,再通知单片机获取峰值数据,根据峰值进行分类计数。经过一段时间积累后将分类统计的结果通过USB接口上传到计算机进行能谱显示和分析处理。
多道脉冲幅度分析器的设计包括硬件设计和软件设计,其中硬件设计包括模拟前端、A/D转换电路、CPLD电路、单片机电路、USB接口电路和电源电路的设计;软件包括CPLD程序、单片机程序和计算机的能谱分析软件设计。

2 模拟前端及A/D转换电路设计
模拟前端及A/D转换电路如图2所示,核探测器输出的信号经过极零相消电路后送入低噪声运放OPA843进行放大,整形后送入A/D转换芯片AD9224,AD9224在40 MHz时钟的控制下持续不断地对信号进行采集,采集的数据直接送CPLD进行处理。其原理如图2所示。
A/D转换电路采用Analog Devices公司的AD9224。AD9224是一款12位高精度高速模数转换器,由+5 V模拟电压供电,+3 V或+5 V数字电压供电;片内提供参考电压和高性能的采样保持放大器;采样速率40 MHz,输入信号可以采用单端输入也可以采用差分输入。本设计采用单端输入直流耦合方式,输入信号范围为0~4 V。


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