峰值檢測電路 - 一種多道脈沖幅度分析器的實現(xiàn)方案

　　峰值檢測電路由甄別電路和控制電路兩部分構成，甄別電路的作用是檢測信號時序，控制電路則根據(jù)甄別電路的時序?qū)?a href="http://wenjunhu.com/analog/" target="_blank">模擬開關、ADC轉換進行控制?？刂齐娐繁仨毟鐒e電路的時序嚴格結合在一起，才能完成峰值檢測任務。

　　由于核輻射探測器輸出的脈沖信號幅度和入射粒子的能量成正比，因此，測量這些脈沖的幅度，就可以知道輻射的能量。可見，脈沖幅度測量技術在核能譜測量中是一個重要的問題。甄別電路需要解決三個與信號相關的信息：一是超過閾值信號的信息;二是過峰時間信息，即啟動ADC轉換的時間信息;三是ADC完成轉換的時間信息。甄別電路中也存在三個關鍵問題，研究中要予以注意：

　　首先，由于放大器輸出的α和γ射線脈沖寬度比較窄(約1μs到5μs)，而本系統(tǒng)選用的ADC轉換速度為10μs，所以，要對脈沖信號峰值進行峰值展寬。采樣保持電路要求采樣速度快，以使保持時間能達到ADC采樣時間指標。

　　其次，由于脈沖信號的隨機性，為了防止信號來的過密而引起漏計，本系統(tǒng)采用10μs轉換速度的ADC，所以，從理論上分析，如果兩個信號相隔10μs內(nèi)，則會引起漏計。而由于CPU處理速度等問題的存在，實際上，這個時間間隔可能長3～10倍，即在30～100μs之間(根據(jù)CPU處理速度及代碼量而定)，甚至更多，也就是說，實際信號出現(xiàn)這種情況的幾率很少，所以，可以忽略這個問題。

　　另外，還要解決信號過密而引起的幅度信號錯誤紀錄，而高能區(qū)的信號也可能被誤計為低能區(qū)的信號，容易引起低能計數(shù)偏大而高能計數(shù)偏小的問題。

　　圖2所示是甄別電路和控制電路的原理圖。甄別電路的主要功能是完成過峰檢測和去除信號噪聲，可通過設定閉值將信號中能量小于閥值的噪聲去。峰值通過后，提供信息給控制電路;控制電路的主要功能是完成對A/D讀入/轉換狀態(tài)的控制。控制電路可由74HC74觸發(fā)器構成。

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　　甄別和控制電路具體工作過程是，先由嵌入式微處理器控制中心給控制電路發(fā)出信號，以使控制電路處于工作狀態(tài)，當脈沖信號到達多道脈沖幅度分析器后，由甄別電路進行甄別，并在過峰值后，將峰值通過的時間信息提供給控制電路;此后由控制電路啟動模數(shù)轉換，數(shù)模轉換完畢，再由嵌入式微處理器控制中心產(chǎn)生中斷，同時使控制電路停止工作，同時進行相應的數(shù)據(jù)處理;中斷完畢，再由單片機發(fā)信號使控制電路重新處于工作狀態(tài)。

　　采樣開始時，先由ARM通過控制74HC74來啟動A/D，然后，使U2A的RD和U2B的RD及SD端輸出高電平，控制電路處于接收信號狀態(tài)。當信號上升沿的能量低于設定的閉值電壓時，U2A的CLK端為低電壓，此時，U2A的RD和SD端均為高電平，輸出端5腳保持原來的低電平不變。當信號上升沿的能量高于設定的閉壓值時，U2A的CLK端為高電壓，輸出端5腳輸出高電平，啟動U2B。當脈沖沒有達到峰值時，比較器U1B的同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓，6端輸出低電壓，當過峰后，6端輸出高電平，R/C輸出低電平以啟動A/D轉換。轉換完畢后，由ARM重新控制A/D進行下一個脈沖信號的采集。甄別電路和控制電路的工作流程如圖3所示。

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　　2.3 模數(shù)轉換電路

　　模數(shù)轉換電路的作用是將模擬量轉換成數(shù)字量，并將轉換結果反饋給微控制器。多道脈沖幅度分析器主要用于快速、高精度地對輸入的核脈沖信號進行采樣，并將脈沖的幅度值轉換成微控制器所能夠處理的數(shù)字量。模數(shù)轉換電路作為多道脈沖幅度分析器的關鍵部件，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的能量分辨率和轉換精度等參數(shù)。綜合對多道脈沖幅度分析器的ADC芯片的主要性能(如轉換速度，功耗，轉換精度)等考慮，本系統(tǒng)選用AD公司的AD7994，并在實際工作中采用“并道”的方法，每4道并作l道，則道寬非線性即可降低至原來的1/4。這種方法可降低由于ADC本身造成的非線性誤差。其具體電路設計見圖4所示。