基于FPGA的核信号高速采集系统的设计

对核信号高速采集系统的研究可实现数字核信号处理方法的改进与算法的验证,以及对数字化核能谱测量系统性能指标的提升具有重要意义。研发一套核信号高速采集系统,通过高速ADC将信号调理电路输出核脉冲信号进行采样,同时在FPGA系统中实现FIFO、USB接口传输功能,将采样后的数据经过FIFO缓存,再通过USB接口传送给后续计算机系统进行保存、显示与进一步处理。在搭建的核信号采集系统上进行测试,通过对5、10、20与33.3 MHz采样率下得到的核信号进行分析与讨论,表明该系统可有效地实现核信号的高速采集。     

高速实时一维阵列光电探测系统

设计实现了基于PIN光电二极管一维阵列的紧凑型实时光电探测系统。系统在16 cm的宽度内实现了32路PIN光电二极管信号的处理与采样;探测器弱电流信号的高带宽调制电路在实现104倍信号增益的同时,信号带宽约35 MHz;多通道ADC电路采样频率75 MHz,采样周期约13.3 ns,采样精度12 bits;基于高性能FPGA的信号处理电路实现了对32路高速ADC采样信号的实时处理,数据处理速度达到28.8 Gbps,每通道采样深度8 000。     

基于FPGA+DSP的核信号数字时间谱仪设计

针对核电子学中核脉冲信号的高速实时数字化处理,设计了基于FPGA+DSP的两通道核信号数字时间谱仪。该实验平台基于数字恒比定时(dCFD)原理,采用高速运放和ADC进行模拟信号成型采样,数字信号送入FPGA完成波形判选、数据缓冲、FIR滤波和基线恢复,利用DSP实时信号重构和函数定时,通过USB2.0接口与上位机通信。该系统的主要特点是具有模数电路的高度集成、数字信号的实时运算,接近模拟定时的精度。     

基于波形采样的PPAC数据处理

数字化波形采样技术在实验核物理中得到了广泛的应用,选取合适的采样频率非常重要。本文使用脉冲幅度甄别定时方法和恒比定时方法对采样频率为100 MHz~5 GHz的平行板雪崩计数器(PPAC)信号进行了模拟分析,采样频率为250~500 MHz时,使用脉冲幅度甄别定时方法可得到比较精确的位置信息,与传统获取系统定位的位置分辨的差别Sigma小于0.15 mm,采样频率低于100 MHz时信号定位误差较大。使用高速采样数字化仪可对信号幅度小于20 mV的信号进行定时分析,与传统的PPAC获取系统相比,探测效率提升了4.3%。     

基于波形采样的PPAC数据处理

数字化波形采样技术在实验核物理中得到了广泛的应用,选取合适的采样频率非常重要。本文使用脉冲幅度甄别定时方法和恒比定时方法对采样频率为100 MHz～5 GHz的平行板雪崩计数器(PPAC)信号进行了模拟分析,采样频率为250～500 MHz时,使用脉冲幅度甄别定时方法可得到比较精确的位置信息,与传统获取系统定位的位置分辨的差别Sigma小于0.15 mm,采样频率低于100 MHz时信号定位误差较大。使用高速采样数字化仪可对信号幅度小于20 mV的信号进行定时分析,与传统的PPAC获取系统相比,探测效率提升了4.3%。     

高速高精度数据采集系统设计和实现

为了满足高速数据采集,尤其是红外焦平面信号的高速采集要求,设计了一个基于VXI总线的30M SPS 16BIT的三通道数据采集系统.该采集系统的可扩展性和灵活的采集和处理方式,使它不仅可以用于红外CCD(电荷耦合器件)图像信号采集的处理,还可以应用于其他高性能采集和测试系统中.本文对CDS(相关双采样)时钟控制电路,A/D转换及其接口电路,VXI总线接口电路,存储器接口电路等关键技术进行了详细论述.     

基于DSP技术的多道核脉冲幅度分析器的设计

介绍以DSP2407芯片为核心,采用专用峰值幅度采样保持电路,根据输入信号上升沿及峰值信息进行分析的多道核脉冲幅度分析器系统的原理和硬件结构.在合金分析及同位素密度成像系统中,采用本脉冲幅度分析器进行高速数据采集,取得了满意的效果.也可适用于其他核脉冲信号峰值幅度分析的场合.     

基于Flash ADC的闪烁探测信号测量装置研制

介绍了一种基于Flash ADC和FPGA的探测器信号测量装置,此装置基于高速ADC对信号波形进行数字化采样,通过FPGA逻辑对波形进行缓冲存储和数字化分析,获得探测信号的幅度、时间、脉冲形状等信息,应用USB接口或光纤接口实现与计算机的数据通讯。该装置可实现对多种常规探测器输出信号进行采集,并实现脉冲形状分析功能。文中首先对装置的硬件组成和软件设计进行了详细描述,之后给出了测量装置实物照片,并通过一个测试实例展示了它的脉冲信号测量和波形甄别功能。     

一种用于带电粒子探测阵列的主放电路及数据获取系统

针对带电粒子探测阵列信号量大、计数率高的要求,设计并实现了基于高速运放芯片、高速ADC芯片的主放大器及模.数转换电路,同时采用51系列单片机控制ADC电路和USB通讯芯片,完成信号的数字化和上传采集.整个系统硬件结构完整,软件控制合理,满足了设计需求.     

基于FPGA的电荷测量系统设计

介绍了一种基于FPGA的电荷测量系统.该系统具有并行、高速、高精度的数据处理能力.系统输入信号首先经过模拟调理电路放大、成型、滤波,然后送给ADC进行采样,采样后的数据送到FP-GA内部进行处理,最后通过USB总线传送到上位机.系统设计主要包括前端模拟信号的调理部分、ADC模数转换部分,FPGA处理和USB接口部分.最后给出了整个系统的测试结果.     

高速核脉冲信号数字存储示波器的研制

针对核脉冲信号数字化处理的研究需求及当前示波器的应用限制,以高速FPGA系统为核心,采用80 M高速ADC、信号调理电路和USB接口,设计了高速核脉冲信号采集器。通过PC机上编写的软件完成设置、采集数据的接收、显示和存储。设计了双触发模式,从而实现对核脉冲信号的两种采集保存方法,以便于对核脉冲信号的后续处理和研究。测试表明:该设计能够高速、准确地进行核脉冲信号的采集、显示和储存。     

数字化核脉冲定时方法研究

定时电路是核电子学中检出时间信息的模拟电路的基本单元,包括前沿定时、过零定时、恒比定时及幅度和上升时间补偿定时;与模拟定时电路相比,数字定时电路拥有许多优点:一是输入信号的前端数字化,大幅简化了模拟电路;二是数字信号的处理分析,根据测试的目的从采样信号中提取所需要的信息(幅度、时间)。论文以MATLAB为工具,探讨数字化恒比定时和一种改进型前沿定时。     

脉冲调制器稳定性监控中的信号调理电路研制

上海软X自由电子激光实验装置(SX-FEL)对直线加速器微波功率调制器的脉冲幅度提出了0.01%的稳定度要求。本文介绍基于脉冲信号采样分析来反馈控制调制器的充电电压的控制策略,并着重介绍这种方案中的信号调理电路的研制。脉冲信号调理电路主要完成衰减、切割放大、滤波等功能。调理之后的信号可以送给高速ADC进行采集,也可以直接连接到示波器上观察脉冲信号平顶特征。实验结果表明该调理电路稳定性高,达到了预期目的。     

一种高速、高精度全差分采样保持电路的ASIC设计

为了实现新型密集型阵列探测器信号的高速、高密度读出,必须采用专用集成电路技术,利用模数变换器将物理量变换为数字信号后进行串行输出.采样保持电路是模数变换器中的关键单元,决定了整个模数变换过程的性能.论文在国内高能物理领域,首次利用专用集成电路技术,设计实现了一种用于10位、3.3 Msps采样率的逐次逼近ADC的全差分采样保持电路并成功流片.实测结果表明,该设计分别实现了48 dB的SNDR和78 dB的SFDR,达到了预期的设计指标,实现了较高的性能.     

用于多丝漂移室读出的扇入延迟前端电子学

多丝漂移室阵列是设计中的低温高密核物质测量谱仪(Cooling storage ring External-target Experiment,CEE)上的前角带电粒子径迹探测器,信号读出的一种备选方案是采用传统前置放大器和采样幅度数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)来完成信号的放大和获取,该方案结构较简单,成本适中,而且可以处理单根丝上的多重点火信号。为了进一步降低电子学的通道数目,而又不显著影响探测器的性能,研制了一种扇入延迟电路,将漂移室上不同的多根丝信号进行扇入延迟处理,合成为一路信号后再输入到采样ADC的单个通道进行波形采样和数字化。实际的测试结果表明,该电路对信号处理产生的信号能量展宽好于1%,时间晃动好于500 ps,对应的位置分辨好于25?m,满足漂移室径迹探测器阵列对位置分辨小于300?m的要求。     

水下冲击波超压高速采集测试技术研究

针对冲击波场测量中存在的通用测试系统采样速度较慢、布设不方便等问题,研制了具有增益可调和无线数据传输功能的新型高速冲击波压力测试系统,信号输入级使用电荷输出型压电传感器并设计了信号调理电路,存储模块使用铁电存储器实现高速存储省略了传统的缓存电路。经试验证明系统能够稳定运行,并能够适用多种电荷输出型传感器。     

一种高速宽带放大与峰值保持电路的研制

主要介绍了一种高速宽带放大与峰值保持电路.该电路是根据束流位置监测系统的要求而研制的,是该系统的前端部分.主要包括放大电路和峰值保持电路两部分,其主要特点是采用直流耦合的方式对微弱快电压信号进行多级放大,使得信号在放大过程中不会产生附加相移,此外还采取差分放大的方式来有效地抑制直流耦合带来的直流漂移.电路带宽≥70MHz,增益≥700.     

随机脉冲触发峰值采集电路的设计

射线检测装置的输出信号是随机离散的不等幅的高频信号,为形成能谱图,需对此信号进行峰值采样和计数。介绍的随机脉冲触发峰值采集电路,在脉冲到来时自动触发进行采样,使信号采样过程和信号到来时间实时配合,在计算机的控制下,提高了采样频率,又不因空脉冲而占据内存。     

基于大学核物理实验的数字化MCA的研制

介绍了一种用于大学核物理教学实验的基于FPGA全数字化多道脉冲幅度分析器(MCA)的研制。系统采用全数字化方法对输入的脉冲信号高速数字化,然后送入FPGA进行数字寻峰、记录、谱处理,并在主机上显示。给出了数字寻峰的原理,利用双甄别阈值提高系统的抗干扰能力;针对ADC的非线性对系统造成的影响,研究修正算法,保证数据采样的道宽均匀性;鉴于MCA采样存储的数据量大的特点,采用双RAM并行工作方式,将传输数据和计数存储分开处理,减少死时间及数据的溢出;在终端显示方面,主机通过USB总线实现了系统实时监控和能谱数据传输。通过实验对比了该系统与商用MCA的性能,取得了很好的测试效果。     

探测器信号波形离散序列的多项式与双指数曲线拟合及其在数字化核能谱中的应用

对NaI(Tl)探测器输出的信号进行波形采样,获得信号幅度随时间变化的离散时间序列。基于非线性最小二乘原理,采用多项式和双指数拟合方法,对信号波形离散时间序列进行拟合,根据拟合曲线提取信号幅度。获得了137Csγ射线的数字化γ能谱。分别对多项式拟合和双指数拟合方法获得的数字化能谱与传统模拟多道系统的能谱进行了比较,结果表明,在50 MHzAD采样率下,数字化能谱的能量分辨与传统多道系统能量分辨相当甚至更优。