一種多道脈沖幅度分析器的實(shí)現(xiàn)方案

　　峰值檢測(cè)電路由甄別電路和控制電路兩部分構(gòu)成，甄別電路的作用是檢測(cè)信號(hào)時(shí)序，控制電路則根據(jù)甄別電路的時(shí)序?qū)δM開(kāi)關(guān)、ADC轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。控制電路必須跟甄別電路的時(shí)序嚴(yán)格結(jié)合在一起，才能完成峰值檢測(cè)任務(wù)。

　　由于核輻射探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)幅度和入射粒子的能量成正比，因此，測(cè)量這些脈沖的幅度，就可以知道輻射的能量?？梢?jiàn)，脈沖幅度測(cè)量技術(shù)在核能譜測(cè)量中是一個(gè)重要的問(wèn)題。甄別電路需要解決三個(gè)與信號(hào)相關(guān)的信息：一是超過(guò)閾值信號(hào)的信息;二是過(guò)峰時(shí)間信息，即啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換的時(shí)間信息;三是ADC完成轉(zhuǎn)換的時(shí)間信息。甄別電路中也存在三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，研究中要予以注意：

　　首先，由于放大器輸出的α和γ射線脈沖寬度比較窄(約1μs到5μs)，而本系統(tǒng)選用的ADC轉(zhuǎn)換速度為10μs，所以，要對(duì)脈沖信號(hào)峰值進(jìn)行峰值展寬。采樣保持電路要求采樣速度快，以使保持時(shí)間能達(dá)到ADC采樣時(shí)間指標(biāo)。

　　其次，由于脈沖信號(hào)的隨機(jī)性，為了防止信號(hào)來(lái)的過(guò)密而引起漏計(jì)，本系統(tǒng)采用10μs轉(zhuǎn)換速度的ADC，所以，從理論上分析，如果兩個(gè)信號(hào)相隔10μs內(nèi)，則會(huì)引起漏計(jì)。而由于CPU處理速度等問(wèn)題的存在，實(shí)際上，這個(gè)時(shí)間間隔可能長(zhǎng)3～10倍，即在30～100μs之間(根據(jù)CPU處理速度及代碼量而定)，甚至更多，也就是說(shuō)，實(shí)際信號(hào)出現(xiàn)這種情況的幾率很少，所以，可以忽略這個(gè)問(wèn)題。

　　另外，還要解決信號(hào)過(guò)密而引起的幅度信號(hào)錯(cuò)誤紀(jì)錄，而高能區(qū)的信號(hào)也可能被誤計(jì)為低能區(qū)的信號(hào)，容易引起低能計(jì)數(shù)偏大而高能計(jì)數(shù)偏小的問(wèn)題。

　　圖2所示是甄別電路和控制電路的原理圖。甄別電路的主要功能是完成過(guò)峰檢測(cè)和去除信號(hào)噪聲，可通過(guò)設(shè)定閉值將信號(hào)中能量小于閥值的噪聲去。峰值通過(guò)后，提供信息給控制電路;控制電路的主要功能是完成對(duì)A/D讀入/轉(zhuǎn)換狀態(tài)的控制。控制電路可由74HC74觸發(fā)器構(gòu)成。

　　甄別和控制電路具體工作過(guò)程是，先由嵌入式微處理器控制中心給控制電路發(fā)出信號(hào)，以使控制電路處于工作狀態(tài)，當(dāng)脈沖信號(hào)到達(dá)多道脈沖幅度分析器后，由甄別電路進(jìn)行甄別，并在過(guò)峰值后，將峰值通過(guò)的時(shí)間信息提供給控制電路;此后由控制電路啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換完畢，再由嵌入式微處理器控制中心產(chǎn)生中斷，同時(shí)使控制電路停止工作，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理;中斷完畢，再由單片機(jī)發(fā)信號(hào)使控制電路重新處于工作狀態(tài)。

　　采樣開(kāi)始時(shí)，先由ARM通過(guò)控制74HC74來(lái)啟動(dòng)A/D，然后，使U2A的RD和U2B的RD及SD端輸出高電平，控制電路處于接收信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)上升沿的能量低于設(shè)定的閉值電壓時(shí)，U2A的CLK端為低電壓，此時(shí)，U2A的RD和SD端均為高電平，輸出端5腳保持原來(lái)的低電平不變。當(dāng)信號(hào)上升沿的能量高于設(shè)定的閉壓值時(shí)，U2A的CLK端為高電壓，輸出端5腳輸出高電平，啟動(dòng)U2B。當(dāng)脈沖沒(méi)有達(dá)到峰值時(shí)，比較器U1B的同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓，6端輸出低電壓，當(dāng)過(guò)峰后，6端輸出高電平，R/C輸出低電平以啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢后，由ARM重新控制A/D進(jìn)行下一個(gè)脈沖信號(hào)的采集。甄別電路和控制電路的工作流程如圖3所示。

　　2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果反饋給微控制器。多道脈沖幅度分析器主要用于快速、高精度地對(duì)輸入的核脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣，并將脈沖的幅度值轉(zhuǎn)換成微控制器所能夠處理的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路作為多道脈沖幅度分析器的關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的能量分辨率和轉(zhuǎn)換精度等參數(shù)。綜合對(duì)多道脈沖幅度分析器的ADC芯片的主要性能(如轉(zhuǎn)換速度，功耗，轉(zhuǎn)換精度)等考慮，本系統(tǒng)選用AD公司的AD7994，并在實(shí)際工作中采用“并道”的方法，每4道并作l道，則道寬非線性即可降低至原來(lái)的1/4。這種方法可降低由于ADC本身造成的非線性誤差。其具體電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4所示。