核电子学与核仪器-课件15.ppt

核电子学与核仪器 覃国秀 qinguoxiu198201@163.com Tel: 核技术教研室 2009/05/26 上次课关键点 本堂课主要内容 五、闪电型模数变换器 六、模数变换器的主要技术性能及其测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 6.2模数变换器的微分非线性 6.3计数率特性 6.4道剖面 五、闪电型模数变换器 为了进一步提高变换速度，随着大规模集成电路技术的进步，近几年又发展了一种闪电型模数变换器，简称FADC。 闪电型模数变换器原理 五、闪电型模数变换器 闪电型模数变换是高速数字化的重要方法，可用来对波形进行高速取样，在高能物理实验中有不少应用。但是，它的微分非线性很差，尤其在高计数率时，可达百分之几十，所以不适合于精确的能谱测量。 闪电型模数变换器的精度每增加1位，所需要的比较器就增加一倍。同时，闪电型模数变换器的性能在很大程度上还取决于这些比较器的静态、动态特性的一致性。因此实现高精度的闪电型模数变换在技术上还有一定难度。 五、闪电型模数变换器 为了克服比较器太多的缺点，可用多阵列的方法。这种方法不是用一个并联比较器阵列，而是分为几个阵列。 双阵列闪电模数变换器 五、闪电型模数变换器 双阵列闪电模数变换器电平示意图 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 幅度响应是模数变换器的一个基本特性。从模数变换器的幅度响应可以求得变换系数、零点和积分非线性。 测定模数变换器的幅度响应关键在于精确的确定幅度Ai及其相应的道址mi，但是由于模数变换器所变换的信号是在某个道宽大小内的脉冲幅度，所以存在一个道宽大小的误差。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 道边界法 以道址mi为自变量测定对应的信号幅度Ai，一般以各道的下边界作为该道道址mi所对应的Ai，测得数据就是模数变换特性m=f(A)的结果。 实际的道边界存在噪声、电源电压抖动等随机干扰，所以道边界是涨落的。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 峰位法 以信号幅度Ai为自变量测定对应的道址mi。其原理是：在脉冲发生器输出脉冲上叠加一定幅度的白噪声，使得幅度具有一个分布。这样的脉冲送到模数变换器中就会进入模数变换器的若干道中，从而使输出数字具有一个分布。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 峰位法 测量时应该得到对称的峰形。峰的宽度应该使得0.1Nmax之间有10道左右。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 为了确定峰的确切位置，用线性内插法先确定峰的左边和右边计数刚好等于0.1N’max处所对应的道数mb和mh。 每道的计数： 最大求和数对应mh-1道，峰位mp对应于纵坐标0.5N*max那点的横坐标再加0.5道。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 用上述方法可测得道宽的稳定性误差，包括长时间工作稳定性、温度稳定性等。 长时间稳定性： 温度变化引起的道宽不稳定： 道宽不稳定将会引起能谱形状的变化，一般，影响峰位主要在高道址上。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 峰位法 零点是幅度响应的截距。 零点的稳定性误差与温度误差： 零点的不稳定会引起能谱峰位的移动。它对低道址的峰位影响较大。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 峰位法 模数变换器的积分非线性： 理想值与真实值之间的偏差为： 积分非线性为： 温度变化 六、模数变换器的主要技术性能及测量 计算积分非线性的更精确方法可以用最小二乘法得到最佳拟合直线。 实测N个点，可得 六、模数变换器的主要技术性能及测量 由此可得到积分非线性为： 为了简便，实际工作中往往用近似方法计算。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.2模数变换器的微分非线性 模数变换器的微分非线性是指各道道宽偏离平均值的程度。 各道道宽是一个统计分布。为了测定各道道宽是否一致，利用脉冲幅度概率密度为常数的信号来进行测量，这种信号经过幅度数字变换后，在各道的计数就反映出道宽的均匀性。 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.2模数变换器的微分非线性 通常用周期性滑移脉冲发生器产生幅度线性变化的脉冲序列作为“白谱”信号。 滑移脉冲发生器的波形 六、模数变换器的主要技术性能及测量 6.2模数变换器的微分非线性 滑移脉冲发生器的脉冲序列可表示为： 单位幅度间隔内的脉冲数： 微分非线性DNL为： 由各道计数偏差求得的各道