数字多道脉冲幅度分析器中数字dither加入方法.pdfVIP

第38 卷 第5 期 核 技 术 Vol.38, No.5 2015 年5 月 NUCLEAR TECHNIQUES May 2015 数字多道脉冲幅度分析器中数字Dither 加入方法 陈小猛 张羽中 艾宪芸 梁卫平 肖无云 （防化研究院国民核生化灾害防护国家重点实验室 北京 102205 ） 摘要 国内对于数字多道脉冲幅度分析器(Digital multi-channel pulse amplitude analyzer, DMCA)的核心技术现 已有较好掌握，但随着转换增益的提高，数字化多道如何保证非线性技术指标达到要求，仍是一项亟待解决的 关键技术问题。国际上采用抖动(Dither)技术实现了数字化多道1−2 位的“位增益”，而国内仍未有Dither 应用 于 DMCA 相关研究的报道。本文针对数字多道脉冲幅度分析器的架构特点，提出了利用现场可编程门阵列 (Field programmable gate array, FPGA)产生和去除数字Dither 信号的方案，通过DMCA 的基线调整电路引入 Dither 信号，在实验中提高了系统的微分非线性，验证了这种方法的适用性。讨论分析了 Dither 对于 DMCA 非线性的作用机理，表明这种在DMCA 中加入Dither 的方法对于进一步提升DMCA 的精度具有重要意义。 关键词 抖动技术，数字多道脉冲幅度分析器，现场可编程门阵列，线性反馈移位寄存器，微分非线性 中图分类号 TL817 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.050401 作为高分辨率γ谱仪系统的核心部分，数字多 道脉冲幅度分析器(Digital multi-channel pulse 1 Dither 原理 amplitude analyzer, DMCA)是核监测领域的一种重 在 ADC 量化过程中，由于量化误差的存在， 要装置。国内在过去十几年研究中，数字多道中关 当采样频率是信号某些单频成分的整数倍时，就会 键的信号处理技术已得到突破。但是分析对比国内 发生相干采样，量化误差呈周期性分布，量化频谱 外同类多道产品，国内多道在微分非线性、积分非 中出现非常严重的谐波。此外，流水线结构 ADC 线性等性能指标上与国外还存在较大差距。并且， 的微分非线性呈现出一定的周期性，也将带来谐波。 由于后端数字处理技术的发展较成熟，以梯形成形 这些都将直接降低 ADC 的动态性能，严重影响数 为主的数字核脉冲处理技术对 DMCA 的精度提升 字多道的整体性能。 已相当有限[1] 。目前，在采用梯形滤波成形算法前 Dither 技术就是在输入信号上加上一个相对于 提下，模数转换器(Analog to digital converter, ADC) 输入信号随机的扰动噪声，以达到改善量化器特定 的有效位数是制约 DMCA 分析精度提高的一个关 的性能指标的目的。Goodall[5]首先在1951 年提出这 键因素。因此，在前端模拟电路中寻求新的技术突 [6] [7] 种技术，之后Widrow 和Vanderkooy 都对该技术 破是目前该研究领域的一个趋势