核電子學(xué)課件

1、核科學(xué)技術(shù)學(xué)院核技術(shù)系核電子學(xué),第四章脈沖幅度分析,§1.脈沖幅度甄別器§2.單道脈沖幅度分析器§3.幅度—數(shù)字變換,,基　本　內(nèi)　容,,,§1.脈沖幅度甄別器§2.單道脈沖幅度分析器§3.幅度—數(shù)字變換,目　的　與　要　求,掌握：脈沖幅度甄別器的結(jié)構(gòu)和工作原理，單道脈沖幅度分析器的結(jié)構(gòu)和工作原理、電路分析，線性放電法模數(shù)變換器的工作原理，電路分析。 了解：逐次

2、比較型模數(shù)變換器及閃電型模數(shù)變換器。了解：模數(shù)變換的類型和工作原理，模數(shù)變換器的使用。,從探測(cè)器出來的脈沖信號(hào)經(jīng)前置放大器和譜儀放大器放大后，需要進(jìn)一步處理，處理方式根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求一般可以分成：脈沖計(jì)數(shù)(強(qiáng)度測(cè)量)；脈沖幅度分析(能譜測(cè)量)；脈沖信號(hào)時(shí)間分析(時(shí)間測(cè)量)。由此可知，各種處理方式大多涉及到脈沖幅度信息的甄別和分析。所以核脈沖幅度的甄別和分析成為核電子學(xué)的主要研究課題。,一、脈沖幅度甄別器,脈沖幅度選擇的基本電

3、路是脈沖幅度甄別器。它有一個(gè)閾電壓，稱為甄別閾。輸入脈沖幅度大于給定的甄別閾時(shí)，輸出一個(gè)脈沖，輸入脈沖幅度小于給定的甄別閾時(shí)則無脈沖輸出。有無脈沖輸出輸出可分別用邏輯“1”或邏輯“0”表示。,甄別器及其工作波形,一、脈沖幅度甄別器,如果改變閾電壓VT，測(cè)量到相應(yīng)的大于VT的脈沖數(shù)N(VT)，得到的就是積分譜。如果從閾電壓VTn+1上的脈沖計(jì)數(shù)減去閾電壓VTn上的計(jì)數(shù)就可得到閾電壓上間隔ΔV=VTn+1-VTn中的計(jì)數(shù)ΔN。 ΔN和VT的

4、關(guān)系就是脈沖幅度分布曲線。,脈沖幅度積分譜脈沖幅度微分譜,一、脈沖幅度甄別器,用積分甄別器來獲取幅度譜時(shí)，需要將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相減計(jì)算。所以不僅費(fèi)時(shí)間，而且還會(huì)增大誤差。為此，要求設(shè)計(jì)直接測(cè)量幅度的微分甄別器，即單道脈沖幅度分析器。,閾電壓一定，幅度不同,閾電壓不同，幅度相同,觸發(fā)時(shí)刻不同，會(huì)給能譜測(cè)量帶來什么誤差？對(duì)于時(shí)間測(cè)量呢？,一、脈沖幅度甄別器,1.1脈沖幅度甄別器的一般要求 脈沖幅度甄別器是將輸入模擬脈沖換算成邏輯

5、脈沖輸出的一種裝置。理想的脈沖幅度甄別器應(yīng)該具有以下功能：當(dāng)一個(gè)輸入脈沖幅度超過一定電壓時(shí)，則輸出一個(gè)數(shù)字脈沖，而與輸入脈沖的幅度、上升時(shí)間、寬度等參數(shù)無關(guān)，若輸入脈沖的幅度低于給定的閾電壓則無脈沖輸出。 一個(gè)理想的甄別器應(yīng)該有快速響應(yīng)性能，它能處理兩個(gè)時(shí)間間隔十分相近的脈沖，這種時(shí)間間隔的最小值稱為脈沖幅度甄別器的死時(shí)間。,一、脈沖幅度甄別器,1.1脈沖幅度甄別器的一般要求 甄別器的定時(shí)時(shí)刻應(yīng)該盡量接近輸入脈沖前沿的過

6、閾點(diǎn)。甄別器輸出脈沖除了它的起始時(shí)刻外，它的幅度和寬度應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的，與輸入脈沖的參數(shù)無關(guān)。此外理想甄別器應(yīng)該有足夠高的觸發(fā)靈敏度，甄別閾有足夠大的動(dòng)態(tài)范圍。甄別閾足夠穩(wěn)定，不隨溫度、電源電壓、輸入脈沖形狀和寬度而變化。 對(duì)于一個(gè)實(shí)際甄別器不可能全部滿足上述要求。一般根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，側(cè)重于某些方面的要求。,一、脈沖幅度甄別器,1.1脈沖幅度甄別器的一般要求 實(shí)際甄別器根據(jù)其速度不同分為中(低)速甄別器和高速甄別器兩類。

7、 脈沖幅度甄別器主要的技術(shù)指標(biāo)為： （1）輸入靈敏度 甄別器的輸入靈敏度指甄別器能輸出脈沖的最小輸入脈沖幅度。一般為幾十毫伏。 （2）甄別閾范圍 一般甄別器的甄別閾范圍為幾十毫伏到幾伏，最大閾電壓與最小閾電壓之比稱為甄別器的動(dòng)態(tài)范圍。,一、脈沖幅度甄別器,（3）甄別閾穩(wěn)定性 甄別閾穩(wěn)定性通常包括三個(gè)方面：溫度變化穩(wěn)定性，市電變化穩(wěn)定性和長時(shí)間漂移穩(wěn)定性。 （4）甄別閾線性 一般為

8、1%-0.1%。 （5）甄別閾漲落或閾模糊區(qū) 這一指標(biāo)決定甄別器的甄別精度，通常其大小為0.幾毫伏到幾毫伏。 （6）甄別器速度 它表示甄別器響應(yīng)和恢復(fù)速度的快慢。 （7）輸出脈沖的幅度、寬度,一、脈沖幅度甄別器,1.2脈沖甄別器電路實(shí)例 甄別器電路類型很多，常用的甄別器電路有二極管甄別器、射極耦合觸發(fā)器(施密特電路)、交流射極耦合觸發(fā)器、集成電壓比較器和隧道二極管甄別器。 只有在要

9、求不高時(shí)才用二極管甄別器。隧道二極管具有極高的速度，所以用來構(gòu)成快甄別器。集成電壓比較甄別器具有電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、穩(wěn)定性好、靈敏度高、速度快等特點(diǎn)。,一、脈沖幅度甄別器,1.2脈沖甄別器電路實(shí)例,中速集成電路甄別器,一、脈沖幅度甄別器,1.2脈沖甄別器電路實(shí)例,快速集成電路甄別器,一、脈沖幅度甄別器,1.2脈沖甄別器電路實(shí)例,隧道二極管甄別單元,一、脈沖幅度甄別器,1.3脈沖幅度甄別器的使用(半計(jì)數(shù)法) 脈沖幅度甄別器可用來測(cè)量

10、脈沖幅度或標(biāo)定脈沖幅度。這時(shí)，所測(cè)脈沖幅度是一定的。改變甄別器的甄別閾則可得到不同幅度的脈沖。,二、單道脈沖幅度分析器,2.1單道脈沖幅度分析器工作原理,簡(jiǎn)稱：（單道）（Single Channel Analyzer）（SCA）功能及用途,用途：限定信號(hào)的幅度范圍。,二、單道脈沖幅度分析器,2.1單道脈沖幅度分析器工作原理,幾個(gè)概念1）上閾：VU 下閾：VL2）道寬與閾道寬：上下閾之差 VW= VU -VL,怎樣用

11、單道脈沖幅度分析器來獲得微分譜？,二、單道脈沖幅度分析器,2.1單道脈沖幅度分析器工作原理,電路的基本工作原理：,二、單道脈沖幅度分析器,2.1單道脈沖幅度分析器工作原理,存在問題：,,,,,,,,,,,,,,,v1,,,,,,,vU,vL,vO,v1,vU,vL,二、單道脈沖幅度分析器,2.1單道脈沖幅度分析器工作原理,改造后的電路框圖：,二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,R=VLO+VM1,,,,,二、單道脈沖幅

12、度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,上、下甄別電路的閾電平通過參考電壓運(yùn)算器供給，結(jié)構(gòu)如圖。參考電壓運(yùn)算器是由上、下運(yùn)算放大器BG305D組成的加法器和減法器以及精密的參考電壓源構(gòu)成。兩個(gè)高穩(wěn)定穩(wěn)壓管2DW7C提供穩(wěn)定的參考電壓并經(jīng)過兩路十圈電位器分別提供閾（VT）和道寬(VW)的參考電壓,再接到加法器和減法器的輸入端，在它的輸出端即可分別獲得上、下甄別器的閾電壓。,可以看出，在

13、調(diào)節(jié)道寬時(shí)，上閾和下閾的變化大小相等，方向相反，而保持道寬中心不變。這是道中心為1/2VT,常稱為單道分析器的閾。利用這種調(diào)節(jié)方式，測(cè)峰面積比較方便。將道中心調(diào)到閾位，調(diào)節(jié)道寬時(shí)不需要再調(diào)閾。應(yīng)該注意的是，對(duì)稱調(diào)節(jié)時(shí)道寬的數(shù)值為非對(duì)稱調(diào)節(jié)方式時(shí)道寬的兩倍。而且VT不能小于道寬VW，即VT- VW不能為負(fù)值，否則工作不正常。,二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,符合與反符合及輸出電路：上下甄別成形,下甄別輸出,上甄別

14、輸出,,,,,,,,,,,二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,符合與反符合及輸出電路：RS觸發(fā)器及相加器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上甄別成形,下甄別成形,單穩(wěn),二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,符合與反符合及輸出電路：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,,,,,下甄別成形,,,,,,單穩(wěn),,,,,,或非門,二、單道脈沖幅度分析器,2.2單道脈沖幅度分析器實(shí)例,符合與反符合及輸出電路：或非門,,,,,,

15、,,,,,,,,,,,,二、單道脈沖幅度分析器,2.3單道脈沖幅度分析器技術(shù)指標(biāo) 單道脈沖幅度分析器的技術(shù)指標(biāo)類似于脈沖幅度甄別器。 （1）動(dòng)態(tài)范圍 閾值范圍：0.1V到10V 道寬范圍：0V到5V(非對(duì)稱狀態(tài))；0到10V(對(duì)稱狀態(tài)) （2）線性 閾值線性；道寬線性 （3）8小時(shí)穩(wěn)定性 閾值漂移：小于10mV；道寬漂移：小于10mV,二、單道脈沖幅度分析器,2.3單道脈沖幅

16、度分析器技術(shù)指標(biāo) （4）溫度系數(shù) 閾值變化：小于1.5mV/℃；道寬變化：小于1.5mV/℃ （5）雙脈沖分辨時(shí)間 小于0.5μs （6）最高計(jì)數(shù)率 不小于1MHz （7）輸入脈沖與輸出脈沖要求,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 幅度分析是指測(cè)量信號(hào)幅度的分布。即按信號(hào)幅度大小進(jìn)行分布計(jì)數(shù)。用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是核電子學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容。,

17、疊加單道組成的多道分析器,原理簡(jiǎn)單，但是當(dāng)?shù)罃?shù)很多時(shí)，設(shè)備過于龐大，而且各個(gè)單道分析器的道寬也很難一致和穩(wěn)定。,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 到了50年代，人們開始采用模數(shù)變換方法和存儲(chǔ)器技術(shù)，研制成多道脈沖幅度分析器。所謂的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)將脈沖幅度變換成數(shù)字量，即按脈沖幅度大小分類編碼，然后分別記入存貯器相應(yīng)的各個(gè)地址單元中。,幅度-數(shù)字變換示意圖,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換

18、器及其基本性能 模數(shù)變換器按一定的幅度間隔將輸入信號(hào)分類，每一類有一個(gè)與幅度大小成正比的數(shù)碼(通常是二進(jìn)制碼)。每一個(gè)分類稱為一道，分類號(hào)也就是道號(hào)m。相應(yīng)于不同道號(hào)m，在存貯器中有相應(yīng)的第m個(gè)存貯單元，或相應(yīng)的地址單元。,模數(shù)變換器的工作過程,幅度譜直方圖,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 模數(shù)轉(zhuǎn)換是一種量化處理，即把連續(xù)的模擬量變換成離散的數(shù)字量，所以模數(shù)變換是用一系列等間隔的量化電壓將

19、幅度分成為多少類。一個(gè)量化級(jí)數(shù)相應(yīng)于模數(shù)變換器的一個(gè)道。每個(gè)量化電壓都是道邊界。相鄰的兩個(gè)量化電壓組成一個(gè)道。相鄰兩個(gè)量化電壓間的差值稱為模數(shù)變換器的單個(gè)道寬h，所有單個(gè)道寬的平均值稱為模數(shù)變換器的道寬H。 量化電壓數(shù)用L表示，最大量化電壓數(shù)為Lmax，最低量化電壓稱為0點(diǎn)。所以最大量化電壓數(shù)Lmax就是模數(shù)變換器的道數(shù)。,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 模數(shù)變換器的精度還常用變換系數(shù)來表示

20、。變換系數(shù)的定義：每單位幅度可變換成多少道數(shù)。它與道寬是倒數(shù)關(guān)系。,模數(shù)變換器的精度另一種表示方法是分辨率。它表示模數(shù)變換器相應(yīng)于能分辨的最小模擬量變化值的數(shù)字值。,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 模數(shù)變換器可分析的最大信號(hào)幅度Amax：,一般，模數(shù)變換器可分析的最大信號(hào)幅度不超過10V。所以如果道寬小則模數(shù)變換器的道數(shù)就大，即：,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能

21、 模數(shù)變換器的輸入信號(hào)幅度A與道數(shù)之間的關(guān)系稱為模數(shù)變換器的幅度響應(yīng)。,模數(shù)變換器的積分非線性和微分非線性,三、幅度-數(shù)字變換,3.1用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其基本性能 習(xí)慣上的模數(shù)變換通常是指幅度-數(shù)字變換，簡(jiǎn)稱ADC (其它模擬量變換則指明模擬量，如時(shí)間-數(shù)字變換)。 模數(shù)變換器已廣泛用于電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，它是連接模擬信號(hào)處理系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在核電子學(xué)中，核輻射探測(cè)器的輸出信號(hào)在經(jīng)過各種模擬處

22、理后，也要通過模數(shù)變換將模擬量變成數(shù)字量，再由數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。 需要注意的是，核電子學(xué)中測(cè)量隨機(jī)脈沖幅度分布的模數(shù)變換器，不同于一般商品生產(chǎn)的模數(shù)變換器集成電路。其主要特點(diǎn)是對(duì)快速隨機(jī)脈沖幅度進(jìn)行模數(shù)變換，要求保持脈沖峰值而不是對(duì)慢變化進(jìn)行采樣保持。,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器線性門 線性門是傳輸脈沖模擬量的門電路，信號(hào)是否能夠通過是由門控信號(hào)來決定的。但是它不同于邏輯門電路，因?yàn)殚_門時(shí)要求信號(hào)

23、能無畸變的通過。,線性門工作原理,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器線性門 線性門可分為常閉線性門和常開線性門。,常閉和常開線性門的傳輸函數(shù),三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器線性門 線性門電路有串聯(lián)線性門和并聯(lián)線性門等。,串聯(lián)線性門結(jié)構(gòu),并聯(lián)線性門結(jié)構(gòu),三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器線性門 在實(shí)際電路中可用二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等有源元件作為模擬開關(guān)。但是，這些元件都不

24、是理想的開關(guān)，這就使得時(shí)間的線性門存在各種不足之處，因此就要了解其特性。 （1）開門特性 線性門開門時(shí)要使信號(hào)以最小畸變通過，所以要求其線性、穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性都要好。 （2）關(guān)門特性 臺(tái)階：無信號(hào)輸入時(shí)線性門在開和關(guān)兩種狀態(tài)時(shí)輸出端靜態(tài)電壓不一樣。,漏信號(hào)：在關(guān)門狀態(tài)時(shí)，由于存在分布電容、極間電容以及器件的漏電流等因素，使得輸入端到輸出端之間的阻抗不是無限大，輸入信號(hào)總會(huì)有一些要漏到輸出端去。,（3）開關(guān)

25、的過度特性開關(guān)干擾：在無輸入信號(hào)情況下，由于門控信號(hào)的作用，線性門在開和關(guān)的瞬間在輸出端產(chǎn)生的瞬變干擾信號(hào)。開關(guān)速度：線性門在門控信號(hào)作用下，無論從開門到關(guān)門，或從關(guān)門到開門都有一過度過程。,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器模擬展寬器 模擬展寬器用于把脈沖信號(hào)的峰頂展寬，所以又稱為峰值保持器。 在能譜測(cè)量時(shí)，所測(cè)的是脈沖的峰頂幅度，但是探測(cè)器輸出信號(hào)經(jīng)放大成形后的脈沖信號(hào)其峰頂是比較窄的，不能滿足多道脈

26、沖幅度分析器和其它儀器的要求。,模擬展寬器的基本工作原理是利用二極管的單向?qū)щ娦院碗娙莸拇尜A作用。,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器模擬展寬器 實(shí)際模擬展寬器電路只在脈沖峰頂被存儲(chǔ)電容CH上展寬到一定寬度后，就開始放電。,RC指數(shù)放電；恒流線性放電；延遲開關(guān)放電,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器模擬展寬器 二極管存在非線性，其正向電阻rD是通過該管電流的函數(shù)。在輸入幅度不同條件下，rD是一

27、個(gè)變量，在小幅度范圍時(shí)變化更大。為了加快充電速度，減小rD的非線性，可以用運(yùn)算放大器使減rD小為rD /(1+A)。,有源二極管模擬展寬器,,三、幅度-數(shù)字變換,3.2線性門和模擬展寬器模擬展寬器,實(shí)際模擬展寬器原理圖和工作波形,,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器原理 線性放電型模數(shù)變換器（Wilkinson型模數(shù)變換器）的電路簡(jiǎn)單、道寬一致性好且便于生產(chǎn)，國內(nèi)外產(chǎn)品大多數(shù)仍然是線性放電型模數(shù)

28、變換器。它的工作原理是基于脈沖幅度與時(shí)間的線性變換。首先，把脈沖幅度V變換成時(shí)間間隔Δt，然后把時(shí)間間隔Δt變換成數(shù)字m。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器原理 實(shí)現(xiàn)V-Δt變換的基本工作原理：,實(shí)現(xiàn)Δt-m變換的基本工作原理：,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器原理 由此求得的道寬為：,線性放電模數(shù)變換器的道寬由周期時(shí)鐘T0、恒流源電流I及保持電容CH決

29、定。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu),三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu) （1）線性門 在模數(shù)變換器中，線性門用于控制輸入信號(hào)是否要通過，即用線性門實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的所謂“占用封鎖”。在一個(gè)信號(hào)輸入達(dá)到峰值后，線性門就關(guān)閉以便讓模數(shù)變換器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換并把變換結(jié)果在存貯器中存貯起來。 在上述變換和存貯期間，線性門一直關(guān)門，以便阻止隨

30、后的信號(hào)輸入，避免在變換或存貯過程中產(chǎn)生干擾而出錯(cuò)。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu) （2）控制邏輯 幅度分析范圍邏輯：由上、下甄別器組成，只有輸入信號(hào)幅度在上、下甄別電壓之間的信號(hào)才進(jìn)行變換。 符合、反符合選擇邏輯：使用符合邏輯時(shí)，輸入信號(hào)只有與符合端信號(hào)在時(shí)間上相符合時(shí)，才進(jìn)行變換；使用反符合邏輯時(shí)，情況則相反。 采樣選擇邏輯：用于測(cè)量直流信號(hào)或慢變信號(hào)的幅度

31、分布曲線。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu) （2）控制邏輯 初始化邏輯：模數(shù)變換器接通電源開關(guān)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)初始化邏輯信號(hào)，使其各個(gè)部分都處于初始化狀態(tài)。 延遲峰探測(cè)邏輯：當(dāng)輸入信號(hào)的寬度很寬時(shí)，線性門的關(guān)閉時(shí)間可能太早，從而使輸入信號(hào)的峰探測(cè)出現(xiàn)誤差。為此，使用延遲峰探測(cè)邏輯可以使輸入脈沖寬度大至上百微秒。 轉(zhuǎn)貯邏輯：轉(zhuǎn)貯邏輯可使模數(shù)變換結(jié)果在符合一定條件時(shí)允許存

32、貯，否則禁止存貯。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu) （3）偏置電路 又稱零道閾調(diào)節(jié)電路，所謂零道閾是指模數(shù)變換器第零道所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)幅度。這時(shí)第零道不是從零伏起始，而是從輸入幅度某一數(shù)值算起，零道閾的值實(shí)際上是切除脈沖底部的電壓幅度值。 （4）地址寄存器和存貯控制電路 地址寄存器用于暫時(shí)寄存模數(shù)變換器交換后的地址碼。由存貯RS觸發(fā)器發(fā)出存貯命令，若存貯器允許存貯

33、，則發(fā)回取址信號(hào)。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換線性放電型模數(shù)變換器的結(jié)構(gòu) （5）地址溢出裝置 地址寄存器的容量相應(yīng)模數(shù)變換器的量程，當(dāng)輸入信號(hào)幅度超過模數(shù)變換器量程時(shí)，地址寄存器發(fā)出地址溢出信號(hào)。 （6）同步邏輯 （7）滑移標(biāo)尺均道器 為了減少數(shù)字干擾對(duì)道寬均勻性影響所采用的電路。 （8）死時(shí)間指示 給出模數(shù)變換器工作所占用的時(shí)間：即線性門關(guān)閉時(shí)間,三、幅度-數(shù)

34、字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 模數(shù)變換器有各種輔助電路以便擴(kuò)大使用功能和完成各種參數(shù)調(diào)節(jié)。它們包括輸入電路及工作方式選擇、道寬調(diào)節(jié)、上下閾調(diào)節(jié)、分析范圍和溢出地址調(diào)節(jié)、偏置調(diào)節(jié)和死時(shí)間校正。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （1）輸入電路及工作方式 一般模數(shù)變換器的輸入方式有三種：交流耦合、直流耦合和基線恢復(fù)器。 交流耦合方

35、式：輸入端有CR隔直電路，可以阻止前一級(jí)輸出端直流電平加到模數(shù)變換器的輸入端，以免影響模數(shù)變換器的零點(diǎn)電平。但是對(duì)單極性成形脈沖，在高計(jì)數(shù)率時(shí)交流耦合會(huì)產(chǎn)生較大的基線偏移。 直流耦合方式：從輸入端到保持電容都是直流耦合，所以不產(chǎn)生基線偏移，可用于高計(jì)數(shù)率情況。,三、幅度-數(shù)字變換,基線恢復(fù)器輸入方式：既可隔直又可使模數(shù)變換器的零點(diǎn)不受輸入信號(hào)直流電平的影響，它還能在計(jì)數(shù)率變化時(shí)，使基線接近零電平。如果前面譜儀放大器已有基線恢復(fù)器

36、，那么模數(shù)變換器的輸入可采用直流耦合的方式。 模數(shù)變換器的工作方式通常有符合、反符合、采樣三種方式。模數(shù)變換器的輸入端常設(shè)有符合電路和延遲符合電路。外加符合信號(hào)(反符合信號(hào))可以和被分析的信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)符合(反符合)或延時(shí)符合(反符合)，從而進(jìn)行時(shí)間選擇。然而模數(shù)變換器中符合電路的分辨時(shí)間一般為1微秒左右，而且不很精確。所以只是提供作為符合控制手段。,三、幅度-數(shù)字變換,采樣工作方式：是對(duì)慢變信號(hào)進(jìn)行幅度采樣或?qū)Σㄐ芜M(jìn)行采樣分析。

37、,被采樣信號(hào)通常為直流信號(hào)或慢變信號(hào)。若被采樣的信號(hào)為脈沖信號(hào)，則要注意采樣信號(hào)的寬度必須比被采樣的脈沖信號(hào)的寬度窄。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （2）模數(shù)變換器的道數(shù)選擇和道寬調(diào)節(jié) 道寬是表示模數(shù)變換器精度的重要指標(biāo)。道寬越小則變換精度越高，但是并不是越小越好。因?yàn)榈缹捲叫t要求模數(shù)變換器的穩(wěn)定性越好和道邊界干擾越小。所以一般模數(shù)變換器是按其最小道寬來設(shè)計(jì)電路和給出技

38、術(shù)指標(biāo)。需要增大道寬時(shí)再附加道寬調(diào)節(jié)電路。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （2）模數(shù)變換器的道數(shù)選擇和道寬調(diào)節(jié) 在實(shí)際測(cè)量能譜時(shí)，道數(shù)選擇就是在一個(gè)峰的半高寬FWHM內(nèi)選擇多少道的問題。通常，為了保證一定精度，要求在FWHM內(nèi)至少有8道，但也不必有太多的道數(shù)。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)在滿足能量分辨率要求下，盡量用較少的道數(shù)。,固有能量分辨率：,三、幅度-數(shù)字變換,一般能譜測(cè)量所需模

39、數(shù)變換器的道數(shù)為512道到8192道。因此，模數(shù)變換器最大道數(shù)通常為1024道、2048道、4096道等幾種。若要求更高精度或更寬能量范圍則要求更多的道數(shù)。 模數(shù)變換器的道寬調(diào)節(jié)可采用不同方法。在線性放電型模數(shù)變換器中，道寬調(diào)節(jié)由下式?jīng)Q定,模擬道寬調(diào)節(jié)和數(shù)字道寬調(diào)節(jié),三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （3）上下閾調(diào)節(jié)和偏置(零道閾)調(diào)節(jié) 上下閾調(diào)節(jié)和偏置調(diào)節(jié)都是模數(shù)變換

40、器十分重要的功能。它們是兩個(gè)完全不同的但又容易混淆的概念。 在核能譜測(cè)量中，一定的能量分辨率和能量范圍，要求一定的模數(shù)變換器道數(shù)，但是這些都是指全能譜測(cè)量而言的。在實(shí)際測(cè)量中往往不需要測(cè)量全能譜，只需要測(cè)量感興趣的一部分能譜。這時(shí)若測(cè)量全譜，則對(duì)應(yīng)全譜的信號(hào)脈沖都進(jìn)入模數(shù)變換器，其中許多對(duì)應(yīng)非光電峰部分的無用信號(hào)占用模數(shù)變換器的大量變換時(shí)間。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路

41、（3）上下閾調(diào)節(jié)和偏置(零道閾)調(diào)節(jié),需要注意的是，上下閾選擇只是對(duì)輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行預(yù)選。并沒有改變變換過程和原來的道址。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （3）上下閾調(diào)節(jié)和偏置(零道閾)調(diào)節(jié) 偏置或零道閾是指模數(shù)變換器的零道所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)幅度。引入偏置一方面可以節(jié)省存貯區(qū)，另一方面可以把感興趣的幅度譜擴(kuò)大到最大道數(shù)范圍進(jìn)行測(cè)量，從而提高分辨率。,實(shí)現(xiàn)偏置調(diào)節(jié)的方法有兩種

42、：模擬偏置和數(shù)字偏置。,三、幅度-數(shù)字變換,模擬偏置：是將輸入信號(hào)減去偏置電壓Vos后再進(jìn)行變換，變換后的地址碼為,變換后的時(shí)間減少為,模擬偏置是在展寬器保持電容上加一個(gè)模擬電位，所以它會(huì)對(duì)模數(shù)變換器的精度和穩(wěn)定性帶來影響。,三、幅度-數(shù)字變換,數(shù)字偏置：是在輸入信號(hào)幅度變換成地址碼m后再用數(shù)字電路方法減去所需數(shù)量的地址碼mOS，則地址碼m’為,數(shù)字偏置由于變換幅度不變，所以變換時(shí)間不能減少。但它不影響變換過程，能保持精確和穩(wěn)定，因此在

43、要求精確、穩(wěn)定的測(cè)量中經(jīng)常使用數(shù)字偏置。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （4）分析范圍和溢出地址調(diào)節(jié) 一般，輸入信號(hào)要分析的幅度范圍可按要求選定(8192mV，4096mV等)。通常地址寄存器的最大容量等于模數(shù)變換器的最大道數(shù)。因此，如果輸入信號(hào)幅度太大，在變換后得到的地址碼就可能使地址寄存器溢出。在溢出時(shí)，輸出一個(gè)溢出信號(hào)，禁止發(fā)出存貯命令。舍棄溢出地址。,三、幅度-數(shù)字

44、變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （4）分析范圍和溢出地址調(diào)節(jié) 當(dāng)分析范圍改變時(shí)，如從8192mV到4096mV，則溢出地址也要相應(yīng)改變。這只要從地址寄存器的相應(yīng)端引出溢出信號(hào)就可以了。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的參數(shù)調(diào)節(jié)和輔助電路 （5）死時(shí)間與活時(shí)間 模數(shù)變換器的死時(shí)間為,對(duì)于確定的模數(shù)變換器和存貯器，控制時(shí)間TL和存貯時(shí)間TM是恒定不變的

45、。但是變換時(shí)間Δt卻與模數(shù)變換器的工作狀態(tài)和輸入信號(hào)幅度有關(guān)。當(dāng)模數(shù)變換器的道數(shù)和偏置改變時(shí)，變換時(shí)間就要改變。,三、幅度-數(shù)字變換,實(shí)際模數(shù)變換器都裝有指示百分死時(shí)間P的電表。設(shè)所用實(shí)際測(cè)量時(shí)間為Tr，死時(shí)間為Td，則P為,實(shí)際測(cè)量時(shí)間Tr扣除死時(shí)間就是有效測(cè)量時(shí)間Tl，也稱為活時(shí)間。它們的關(guān)系為,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換滑移標(biāo)尺道寬均勻器 滑移標(biāo)尺道寬均勻器又稱數(shù)字道寬均勻器。這是目前用來解決數(shù)字干擾問題

46、的一個(gè)有效辦法。 所謂數(shù)字干擾是指數(shù)字電路的狀態(tài)變化對(duì)道寬不均勻產(chǎn)生的影響。在線性放電型模數(shù)變換器中，數(shù)字干擾是道寬不均勻的主要原因。 在模數(shù)變換器中，主要產(chǎn)生數(shù)字干擾的電路是地址寄存器電路。對(duì)于一個(gè)8192道模數(shù)變換器來說，地址寄存器為13位或更多一些。地址碼使地址寄存器的各位狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，這種電流的突變能通過電源、地線、空間感應(yīng)等途徑傳到電路的其他地方。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換滑移標(biāo)尺道寬均勻器

47、 當(dāng)?shù)刂反a為奇數(shù)位數(shù)字時(shí)，最后一個(gè)地址脈沖僅使地址寄存器的最低位改變狀態(tài)。但是，當(dāng)?shù)刂反a為偶數(shù)數(shù)字時(shí)，最后一個(gè)地址脈沖至少要引起地址寄存器兩位或更多位改變狀態(tài)。這樣一來，偶數(shù)產(chǎn)生的干擾就有可能影響線性放電的最終時(shí)刻，而線性放電的最終時(shí)刻由于放電放到接近0伏的地方，最容易受到干擾的影響。 由此可知，數(shù)字干擾使偶數(shù)道寬和奇數(shù)道寬產(chǎn)生明顯區(qū)別，這就是奇偶效應(yīng)。,三、幅度-數(shù)字變換,數(shù)字干擾示意圖,當(dāng)前解決數(shù)字干擾對(duì)道寬均勻性影響

48、的主要方法是采用基于“滑尺”原理的道寬均勻電路。它類似于日常生活中的“滑尺測(cè)量”技術(shù)。,三、幅度-數(shù)字變換,目前常用的是比較簡(jiǎn)單而效果又很好的純數(shù)字道寬均勻技術(shù)。其基本原理為,第m道與m+1道數(shù)字干擾平均值之差：,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的輸入輸出功能 （1）數(shù)字信號(hào)輸出 模數(shù)變換器變換后的數(shù)碼作為數(shù)字脈沖輸出，這是模數(shù)變換器的基本功能，數(shù)字脈沖一般為TTL電平。 （2）死時(shí)間信號(hào)輸

49、出(“忙”輸出) 在模數(shù)變換器的死時(shí)間范圍內(nèi)給出邏輯信號(hào)，它的持續(xù)時(shí)間代表模數(shù)變換器獲取和變換時(shí)間。 （3）死時(shí)間信號(hào)輸入 從外面輸入邏輯信號(hào)，它的時(shí)間間隔和模數(shù)變換器的死時(shí)間經(jīng)過“或”邏輯，相加為總的死時(shí)間。,三、幅度-數(shù)字變換,（4）由堆積拒絕器輸入信號(hào) 從堆積拒絕器輸入禁止信號(hào)和提供線性門關(guān)門信號(hào)，禁止堆積信號(hào)輸入變換器。 （5）穩(wěn)定器信號(hào)輸出 輸出TTL電平的數(shù)字信號(hào)到有關(guān)的數(shù)字穩(wěn)

50、定器中，以提供穩(wěn)譜之用。 （6）單道分析器輸出 模數(shù)變換器中設(shè)有上下甄別器，可以完成單道分析器的功能。 （7）模數(shù)變換器對(duì)輸入信號(hào)的要求 模數(shù)變換器的輸入信號(hào)幅度范圍一般為0-10V。輸入信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間要求有一定的范圍。,三、幅度-數(shù)字變換,3.3線性放電型模數(shù)變換模數(shù)變換器的輸入輸出功能 幾十年來，線性放電型模數(shù)變換技術(shù)發(fā)展較成熟，并在核能譜測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。線性放電型模數(shù)變換器的主

51、要缺點(diǎn)是變換時(shí)間較大，而且隨著道數(shù)增多，變換時(shí)間也增加。 提高時(shí)鐘頻率可以減少線性放電型模數(shù)變換器的變換時(shí)間。但是時(shí)鐘頻率的提高也是有一定的限度。 減少線性放電型模數(shù)變換器死時(shí)間的另一方法為兩級(jí)線性放電法。這種放電速率分兩級(jí)，先快放電，放到某一電平時(shí)再慢速放電。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,由于近年來大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，逐次比較型模數(shù)變換器得到了較多的應(yīng)用。與線性放電型模數(shù)變換器比較，它有變換速度快、易于做成集成芯片

52、、功耗低和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 下面先介紹逐次比較型模數(shù)變換電路中的一個(gè)重要部件------數(shù)模變換器。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器 數(shù)模變換器把輸入的數(shù)碼(通常為二進(jìn)制)變換成與此數(shù)碼成正比的模擬量。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼是按各位代碼組合起來表示的，每一位代碼有一定的權(quán)值。這就代表了一個(gè)具體的數(shù)值。 因此，為了將數(shù)字量變換成模擬量，應(yīng)將每一位代碼按權(quán)值變換成相應(yīng)的模擬量。然后將各模擬量相加，其總和就是與數(shù)字

53、量成正比的模擬量，從而完成數(shù)模變換。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器 模數(shù)變換器通常由基準(zhǔn)電源、電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)電路組成。,基準(zhǔn)電壓VR經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)輸出，電阻網(wǎng)絡(luò)由電子開關(guān)電路控制，而電子開關(guān)又由數(shù)字輸入信號(hào)控制。因此輸出電流或電壓由數(shù)字輸入信號(hào)控制。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器 電阻解碼網(wǎng)絡(luò)可用各種方法構(gòu)成。,二進(jìn)制權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)模變換器,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器

54、 二進(jìn)制加權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)在位數(shù)越多時(shí)，電阻變化范圍越大。梯形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)有較好的性能。電路中所用電阻值只有R和2R兩種，所以又稱R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)模變換器中得到廣泛應(yīng)用。,梯形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)模變換器,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器 梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的三個(gè)分支阻抗都相等(等于2R)。每個(gè)2R支路中的電流自左向右以1/2系數(shù)逐漸減小。,,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.1數(shù)模變換器

55、 數(shù)模變換器的主要技術(shù)指標(biāo)有： （1）分辨率 是數(shù)模變換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度的描述。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示。 （2）精確度 表示數(shù)模變換器加上一個(gè)給定的數(shù)字碼時(shí)，測(cè)量到的實(shí)際模擬輸出值和期望值之間的差值。 （3）線性誤差 表示數(shù)模變換器的實(shí)際傳輸特性曲線和理想響應(yīng)直線之間的最大偏差。,典型12位數(shù)模變換器集成芯片,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.2逐次比較型模數(shù)變換器工作原理

56、 用逐次比較方法進(jìn)行模數(shù)變換是與疊加單道分析器方法相似。在疊加單道分析器中，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平是不變的，輸入信號(hào)進(jìn)行一次比較就能得到全部的地址碼，因此有時(shí)也稱之為并行變換方法。 顯然，并行變換方法是速度最快的變換方式，但是在高道數(shù)時(shí)難于實(shí)現(xiàn)。如果用12個(gè)二進(jìn)制位標(biāo)準(zhǔn)電平組成4096個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平，每一次比較為一個(gè)位標(biāo)準(zhǔn)電平，逐次進(jìn)行比較，可構(gòu)成4096道逐次比較型模數(shù)變換器。這種方法稱為逐次比較法或串行變換方法。,四、逐次比較型模數(shù)變換

57、器,4.2逐次比較型模數(shù)變換器工作原理 逐次比較型模數(shù)變換器利用二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電平與輸入信號(hào)比較。第一次比較時(shí)，取標(biāo)準(zhǔn)電平為滿量程的一半；若標(biāo)準(zhǔn)電平小于信號(hào)幅度，則標(biāo)準(zhǔn)電平保留下來，進(jìn)行第二次比較。第二次比較的標(biāo)準(zhǔn)電平為保留的上次標(biāo)準(zhǔn)電平加滿量程的四分之一標(biāo)準(zhǔn)電平。若標(biāo)準(zhǔn)電平小于信號(hào)幅度，第二次比較的標(biāo)準(zhǔn)電平同樣保留下來，進(jìn)行第三次比較。若標(biāo)準(zhǔn)電平大于信號(hào)幅度，則不保留該標(biāo)準(zhǔn)電平。依此類推，直到12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平取出比較完才結(jié)束。,四、

58、逐次比較型模數(shù)變換器,4.2逐次比較型模數(shù)變換器工作原理 逐次比較型模數(shù)變換器，每次比較都將標(biāo)準(zhǔn)電平減小為前次的一半。,若標(biāo)準(zhǔn)電平小于信號(hào)幅度，則被保留；若標(biāo)準(zhǔn)電平比信號(hào)幅度大，則不保留。最后停止比較時(shí)，所有保留下來的標(biāo)準(zhǔn)電平之和與被測(cè)信號(hào)幅度十分接近。,逐次比較型模數(shù)變換器工作波形圖,如果輸入信號(hào)幅度Vi=2457.6mV，則第一次比較：VR11=2048mV；保留； 1第二次比較：V

59、R10=1024mV(3072mV)；不保留； 0第三次比較：VR9=512mV(2560mV)；不保留； 0第四次比較：VR8=256mV(2304mV)；保留； 1第五次比較：VR7=128mV(2432mV)；保留； 1第六次比較：VR6=64mV(2496mV)；不保留； 0第七次比較：VR5=

60、32mV(2464mV)；不保留； 0第八次比較：VR4=16mV(2448mV)；保留； 1第九次比較：VR3=8mV(2456mV)；保留； 1第十次比較：VR2=4mV(2460mV)；不保留； 0第十一次比較：VR1=2mV(2458mV)；不保留； 0第十二次比較：VR0=1mV

61、(2457mV)；保留； 1,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.2逐次比較型模數(shù)變換器工作原理 逐次比較法的道寬就是地址碼最低位對(duì)應(yīng)的DAC標(biāo)準(zhǔn)電平：VR0=1mV。如果每次比較的時(shí)間為T，比較次數(shù)為12次，則需要的比較時(shí)間為12T。對(duì)于不同幅度的輸入信號(hào)都要進(jìn)行十二次比較，所以變換時(shí)間是固定的。 逐次比較型模數(shù)變換器變換時(shí)間和道數(shù)的關(guān)系為：,對(duì)多道逐次比較型模數(shù)變換器，目前變換時(shí)間可做到接近于1μ

62、s。這比線性放電型模數(shù)變換器要小得多。但是逐次比較型模數(shù)變換器的道寬一致性較差，主要由于標(biāo)準(zhǔn)電平很難維持精確的比例。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 在線性放電型模數(shù)變換中影響道寬的參考標(biāo)準(zhǔn)只有一個(gè)。而在逐次比較型模數(shù)變換器中采用數(shù)模變換器輸出的多個(gè)獨(dú)立參考標(biāo)準(zhǔn)電平與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。不同輸入脈沖幅度是用不同的標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流來測(cè)定的。由于各個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)電平很難維持精確比例，所以道寬一致性要

63、比線性放電型差得多。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 在逐次比較型模數(shù)變換器中，任何一道的道寬是由該道的上下邊界電平之差決定的，而道的邊界電平是由數(shù)模變換器輸出標(biāo)準(zhǔn)電平的大小來決定的。數(shù)模變換器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平又是由各個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)電平相加而成。所以參考標(biāo)準(zhǔn)電平的不一致會(huì)嚴(yán)重影響道寬的一致性。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 通常把逐次比較型模數(shù)變換器的道寬分

64、成兩類。一類是偶數(shù)道寬HiQ(i=0、2、4…)，其大小為VR0。另一類是奇數(shù)道寬HiP(i=1、3、5…)，其大小為上下邊界之差。道寬不一致性在奇數(shù)道寬處普遍存在，但以道址在二分之一總道數(shù)處最嚴(yán)重。 道寬的不均勻性嚴(yán)重影響模數(shù)變換器的微分非線性，為此必須采用道寬均勻器。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 利用滑尺原理所作的移道法道寬均勻器：,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變

65、換器的道寬均勻問題 實(shí)際上，M不一定要取得很大，只要滿足道寬一致性要求就行。,因此，如果在移動(dòng)范圍內(nèi)只有某一道道寬偏離正常值，則移道法道寬均勻器使道寬偏離值減小到原來的1/(M+1)。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 推廣到一般情況，則,該式表明，第i道道寬的相對(duì)偏差減小了1/(M+1)倍。但是對(duì)于第i道的右邊第(i+1)道到第(i+M)道范圍內(nèi)，各道道寬皆偏離了正常道寬H。這些為第i道參

66、與分選的M個(gè)道，在實(shí)際上決定這些道的道寬時(shí)，包括了第i道的原始道寬，因此，道寬均勻器的作用是將其中一道道寬的偏離“分?jǐn)偂钡?M+1)個(gè)道的道寬中去。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 逐次比較法模數(shù)變換器使用上述方法可以減小中間道道寬不一致帶來的誤差。當(dāng)不只是一個(gè)道的道寬偏離正常值時(shí)，道寬均勻器仍然起各道道寬偏差的平均“分?jǐn)偂弊饔?。但是，若某?M+1)道范圍內(nèi)的道寬多數(shù)增大，則其平均值將明顯高于

67、另一(M+1)道范圍內(nèi)的平均道寬，移道法均勻器不能消除這個(gè)誤差。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,4.3逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題 實(shí)現(xiàn)移道的方式分為連續(xù)移道和隨機(jī)移道兩種。連續(xù)移道的移道電平是每輸入一個(gè)脈沖增大一個(gè)道寬。連續(xù)增加下去，直到移道電平等于M個(gè)道寬。然后降到0再周期重復(fù)。連續(xù)移道電平是周期性連續(xù)變化的，但對(duì)某一道輸入脈沖來說在它輸入時(shí)可能遇到多大的移到電平卻是隨機(jī)的。所以不一定要采用連續(xù)移道法，只要保持移道電平的變化

68、范圍一定，各種移道電平都出現(xiàn)相同的次數(shù)，則移道電平也可以用隨機(jī)方式改變。,四、逐次比較型模數(shù)變換器,用隨機(jī)移道法道寬均勻器的逐次模數(shù)變換器原理圖,五、閃電型模數(shù)變換器,為了進(jìn)一步提高變換速度，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，近幾年又發(fā)展了一種閃電型模數(shù)變換器，簡(jiǎn)稱FADC。,閃電型模數(shù)變換器原理,五、閃電型模數(shù)變換器,閃電型模數(shù)變換是高速數(shù)字化的重要方法，可用來對(duì)波形進(jìn)行高速取樣，在高能物理實(shí)驗(yàn)中有不少應(yīng)用。但是，它的微分非線性很差，尤其