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基于数字恒比定时的核脉冲信号时间谱仪研究

基于数字恒比定时的核脉冲信号时间谱仪研究. 报告人：孙剑 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学技术大学 近代物理系 2010 年 8 月 17 日. 研究背景. 硬件结构. 软件算法. 系统测试. 1. 2. 3. 4. 报告内容. 数字脉冲 是输入脉冲减少前端模拟环节，核信号尽量早经ADC数字化，采用数字信号处理手段分析事例原始信息. 实时分析 是基于DSP对采样脉冲数据实时去基线、FIR滤波、Cubic插值、dCFD定时，结果通过USB2.0发给计算机.

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基于数字恒比定时的核脉冲信号时间谱仪研究

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  1. 基于数字恒比定时的核脉冲信号时间谱仪研究 报告人：孙剑 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学技术大学 近代物理系 2010年 8月17日

  2. 研究背景 硬件结构 软件算法 系统测试 1 2 3 4 报告内容

  3. 数字脉冲是输入脉冲减少前端模拟环节，核信号尽量早经ADC数字化，采用数字信号处理手段分析事例原始信息.数字脉冲是输入脉冲减少前端模拟环节，核信号尽量早经ADC数字化，采用数字信号处理手段分析事例原始信息. 实时分析是基于DSP对采样脉冲数据实时去基线、FIR滤波、Cubic插值、dCFD定时，结果通过USB2.0发给计算机. 恒比定时是针对脉冲前沿定时由于幅度涨落导致的Time-walk效应，采用固定触发比p=Vtrig/Vpulse，阈值随幅度相应补偿，减小定时晃动. 恒比定时 数字脉冲 实时分析 研究背景

  4. 原理框图

  5. 输入级 运算级 输出级 Cypress USB2.0接口连通PC 上位机驱动windriver 上位机软件 BorlandC++ Anti-aliasing 二阶Bessel有源低通滤波 双通道14bit、125Mhz ADC采样 OrCAD仿真 CycloneIII FPGA控制整体接口逻辑和粗计时 TMS320VC54 DSP实时计算和精计时 硬件结构

  6. 硬件框图

  7. 1 3 2 matlab模型： 信号建模、数学公式、离线仿真、对照分析； fdatool设计20Mhz 64阶Hamming窗函数 FIR数字滤波器参数； GUI界面创建图形工程，功能模块流程一体化； DSP芯片接口： 包括dsp芯片的初始化配置；dsplib库函数导入；fdacode参数导入；dsp与fpga的消息与数据4通道传输协议； DSP线性流程： 对脉冲前沿长平均去基线，cubic插值重构曲线，寻峰插值定出幅度，dCFD算法计算精细时间；实时性要求，采用快速算法，减少dsp工作负载，提高记事率； 软件算法

  8. 流程框图

  9. matlab界面

  10. 5Mhz正弦FFT频谱 零输入本底 零输入FFT频谱 1Mhz正弦FFT频谱 信号源33250A测试

  11. 快信号测试 1、事例率在1K/s左右； 2、时间谱FWHM≤1ns，相对落后于传统CFD，性能上还需改进； 真实信号 1、误差原因：快信号前沿太快，ADC采样不足，插值幅度带来的误差 2、国外水平：信号源FWHM≤100ps 放射源FWHM≤500ps 周期信号

  12. 总结 • 1、数字处理优点明显；定时精度不足； • 2、下一步展望： • （1）、硬件改进：单通道单DSP； • （2）、算法改进：去基线、fir滤波移到FPGA，定时算法改进； • （3）、信号改进：模拟电路SI优化；

  13. 参考文献 • L. Bardelli, M. Bini, G. Poggi, N. Taccetti, Application of digital sampling techniques to particle identification in scintillation detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 491 (2002) 244–257 • G. Pasqualia,, R. Ciaranfib, L. Bardellia, M. Binia, A. Boianoc,F. Giannellia, A. Ordinec, G. Poggia, A DSP equipped digitizer for online analysis of nuclear detector signals. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 570 (2007) 126–132 • Analog Devices, Inc. Fundamentals of Sampled Data Systems. Application note 282. [EB/OL]. http://www.analog.com. • Analog Devices，Inc. 14 bit, 105/125 MSPS, IF Sampling ADC AD9445. [EB/OL]. http://www.analog.com. 2005. • Analog Devices，Inc. 3nv/√Hz Ultralow Distortion High Speed Op Amp AD8045. [EB/OL]. http://www.analog.com. 2005. • Altera International Limited. Cyclone Device Handbook, Volume 1. [EB/OL]. http://www.altera.com. 2008 • Texas Instruments, Inc. TMS320VC5416 Fixed-Point Digital Signal Processor. [EB/OL]. http://www.ti.com. 2008 • Cypress, Inc. EZUSB FX2 USB Microcontroller High-Speed USB Peripheral Controller. [EB/OL]. http://www.cypress.com. 2002.

  14. Thank You ! 感谢您的关注

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