CN108089222A - 一种基于lpc1764的多道脉冲幅度分析器电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，适用于探测器领域。电路由模拟前端及A/D转换电路、CPLD片内电路、USB接口电路和电源保护电路组成。电路结构紧凑，体积小，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，适用于探测器领域。
背景技术
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。多道脉冲幅度分析器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。
传统在线核谱仪中的MCA通常采用的是模拟分析技术。它的一般实现方法是先将探测器输出信号作电荷积分预放大,再作线性放大，峰值展宽后送入较慢速度的AD变换器分析和记录。其抗干扰能力和灵活性都较差，难以适应工业现场恶劣的环境和实现粒子信号鉴别、堆积信号恢复等功能。ADC的速度、逻辑控制、高速信号处理一直是MCA数字化的“瓶颈”。而今，高速ADC、DSP、FPGA等新器件、新技术的发展已近成熟,完全能够解决前面提出的“瓶颈”问题。脉冲信号放大后，不再通过阈值甄别电路和峰值检测电路展宽脉冲峰值,而是由高速ADC实时采样,经DSP和FPGA处理后得到精确的数字峰值。因此，精度高，性能好的DMCA将能得到广泛的应用。
多道能谱分析仪是采用核分析方法分析物质成分和含量的仪器。多道脉冲幅度分析器是多道能谱分析仪测量的关键部件。多道脉冲幅度分析器不仅能自动获取能谱数据，而且一次测量就能得到整个能谱，因此可大大减少数据采集时间，与此同时，其测量精度也显着提高。自从20世纪50年代以来，多道脉冲幅度分析器发展迅速，现在已成为获取核能谱数据的通用仪器。
多道分析任务是将被测量的脉冲幅度范围平均分成2n个幅度间隔，然后测量幅度在每一个幅度间隔内的输入脉冲个数，最后得到输入信号的脉冲幅度分布曲线。其测量采用的是计算机技术中的A/D模数变换及数据存储技术。
发明内容
本发明提供一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，电路结构紧凑，体积小，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。
本发明所采用的技术方案是：
基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路由模拟前端及A/D转换电路、CPLD片内电路、USB接口电路和电源保护电路组成。
所述模拟前端及A/D转换电路中，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40MHz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。
A/D转换电路采用Analog Devices公司的AD9224是一款12位高精度高速模数转换器，由+5V模拟电压供电，+3V或+5V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40MHz，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0~4V。
所述CPLD片内电路设计采用CPLD和单片机相结合的方式，由CPLD完成对脉冲数据的脉冲甄别和寻峰，由单片机读取峰值数据进行分类计数。单片机只需满足最大脉冲速率的分类计数要求即可，因此大大降低了对单片机性能的要求。
CPLD片内电路采用ALTERA公司生产的CPLD芯片MAXEPM3064。EPM3064是ALTERAMAX3000A系列中的常用芯片，功耗低，具有64个宏单元和1250个逻辑，传输延时仅为4.5ns。本设计共使用EPM3064 39个输入输出引脚，其中包括12位A/D转换数据和40 MHz转换时钟输入，12位脉冲甄别门限数据输入，12位脉冲峰值数据输出和1位峰值数据有效状态输出及1位有效状态清除输入。
所述USB接口电路中，由于本设计对单片机的性能要求不是太高，但由于采用12位A/D采样，脉冲幅度分析最高支持40%道，需对4096种幅度分类计数。假设每种幅度采取32位计数，共需16KB SRAM保存计数值。为了减少采集的脉冲多道数据上传计算机的时间，采用USB传输方式。由于LPC1764的内部集成有完全兼容USB 2.0全速规范的USB Device，因此单片机及USB接口电路非常简洁。
所述电源保护电路采用LDO器件进行电压转换。因为5V电压会输出到其他接口，在极限情况下会因为外界的影响导致电压出现波动，而添加稳压二极管2CW5232可以对电路起到保护作用、稳压二极管工作于反向击穿区，当稳压二权管两端的反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，流过稳压管的反向电流突然剧增，稳压管反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用、稳压管与一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的，当去掉反向电压之后，稳压管又恢复正常。
在电源保护电路中，采用了双电容串联设计，因为电容损坏后的失效模型大多表现为短路，当电容损坏后，另一电容仍然可以起到滤波的作用。
本发明的有益效果是：电路结构紧凑，体积小，工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的模拟前端及A/D转换电路。
图2是本发明的CPLD片内电路。
图3是本发明的USB接口电路。
图4是本发明的电源保护电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，模拟前端及A/D转换电路中，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40MHz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。
A/D转换电路采用Analog Devices公司的AD9224是一款12位高精度高速模数转换器，由+5V模拟电压供电，+3V或+5V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40MHz，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0~4V。
如图2, CPLD片内电路设计采用CPLD和单片机相结合的方式，由CPLD完成对脉冲数据的脉冲甄别和寻峰，由单片机读取峰值数据进行分类计数。单片机只需满足最大脉冲速率的分类计数要求即可，因此大大降低了对单片机性能的要求。
CPLD片内电路采用ALTERA公司生产的CPLD芯片MAXEPM3064。EPM3064是ALTERAMAX3000A系列中的常用芯片，功耗低，具有64个宏单元和1250个逻辑，传输延时仅为4.5ns。本设计共使用EPM3064 39个输入输出引脚，其中包括12位A/D转换数据和40 MHz转换时钟输入，12位脉冲甄别门限数据输入，12位脉冲峰值数据输出和1位峰值数据有效状态输出及1位有效状态清除输入。
如图3，USB接口电路中，由于本设计对单片机的性能要求不是太高，但由于采用12位A/D采样，脉冲幅度分析最高支持40%道，需对4096种幅度分类计数。假设每种幅度采取32位计数，共需16KB SRAM保存计数值。为了减少采集的脉冲多道数据上传计算机的时间，采用USB传输方式。由于LPC1764的内部集成有完全兼容USB 2.0全速规范的USB Device，因此单片机及USB接口电路非常简洁。
如图4，电源保护电路采用LDO器件进行电压转换。因为5V电压会输出到其他接口，在极限情况下会因为外界的影响导致电压出现波动，而添加稳压二极管2CW5232可以对电路起到保护作用、稳压二极管工作于反向击穿区，当稳压二权管两端的反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，流过稳压管的反向电流突然剧增，稳压管反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用、稳压管与一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的，当去掉反向电压之后，稳压管又恢复正常。
在电源保护电路中，采用了双电容串联设计，因为电容损坏后的失效模型大多表现为短路，当电容损坏后，另一电容仍然可以起到滤波的作用。
Claims (8)
1.一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述的基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路由由模拟前端及A/D转换电路、CPLD片内电路、USB接口电路和电源保护电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述模拟前端及A/D转换电路中，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AD922。
3.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述的模拟前端及A/D转换电路中，AD9224在40MHz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。
4.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述的A/D转换电路采用Analog Devices公司的AD9224是一款12位高精度高速模数转换器，由+5V模拟电压供电，+3V或+5V数字电压供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述CPLD片内电路设计采用CPLD和单片机相结合的方式，由CPLD完成对脉冲数据的脉冲甄别和寻峰，由单片机读取峰值数据进行分类计数。
6.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述CPLD片内电路采用ALTERA公司生产的CPLD芯片MAXEPM3064，共使用EPM3064 39个输入输出引脚，其中包括12位A/D转换数据和40 MHz转换时钟输入，12位脉冲甄别门限数据输入。
7.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述USB接口电路由于LPC1764的内部集成有完全兼容USB 2.0全速规范的USB Device，因此单片机及USB接口电路非常简洁。
8.根据权利要求1所述的一种基于LPC1764的多道脉冲幅度分析器电路，其特征是：所述电源保护电路采用LDO器件进行电压转换，采用了双电容串联设计。
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|---|---|---|---|---|
| CN110609050A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-24 | 成都理工大学 | 一种x射线荧光光谱峰拖尾消除方法及系统 |
| CN112414511A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-26 | 浙江中控技术股份有限公司 | 一种雷达液位计 |
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