【文章內容簡介】 2116U A 7 1 0外 1 0 K0 . 1內1k0 . 11k0 . 11k0 . 115SNST, LANZHOU UNIVERSITY 55 74LS123是常用的可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 一、用于幅度分析的模數(shù)變換器及基本性能 167。 3 幅度 數(shù)字變換（ ADC) 將輸入信號按其 幅度大小 進行分類，然后按其類別作統(tǒng)計而獲得計數(shù)按幅度大小分布的關系。我們把這種分布圖稱為直方圖，從分布關系中可以得到脈沖幅度譜 。 50 100 150 200 250 300 350 4000 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0 COUNTmSNST, LANZHOU UNIVERSITY 57 幅度 數(shù)字變換變換實現(xiàn)方法： ?單單道分析器法； ?多單道分析器法； ?模數(shù)變換器法。 單道 定標器 vi 單道 0 定標器 0 單道 1 定標器 1 單道 2 定標器 2 單道 m 定標器 m vi 模數(shù)變換 存儲器 vi SNST, LANZHOU UNIVERSITY 58 多道脈沖幅度分析器在結構上分成兩部分： 模數(shù)轉換器 (ADC)和 數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)。 ADC 數(shù)據(jù)獲取和處理 系統(tǒng) 輸入 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 59 1. 模擬數(shù)字轉換器 (ADC)： 模數(shù)轉換器 起到將輸入信號按其幅度進行分類的作用，用二進制數(shù)碼輸出代表其類別。輸出線有 L條，每條線有 2個狀態(tài)，用 Ai表第 i條線狀態(tài)，它或為 1態(tài)或為 0態(tài)。它們之間按二進制關系相聯(lián)系。 iLiiLLLLAAAAAm222221000112211????????????? ?輸出端的量化數(shù)碼值為 : SNST, LANZHOU UNIVERSITY 60 ???? Hi mVEU 0用 m值代表信號幅度的類別， ADC的作用是使： ?δ為誤差項， δVH， E0為一個恒定值，稱為零道閾； ? m的大小正比于輸入信號幅度 Ui； ? VH稱為道寬， VH越小， ADC精度就越高。 ? ADC將模擬信號的幅度轉換成數(shù)字量的過程稱為“ 量化處理 ”。 E0+mVH稱為第 m道的 下邊界 （下閾），因此 E0就是第0道的量化電平。在一些簡單的 ADC中， E0=0。 ?一個 ADC最多道數(shù)（量化電平數(shù)）應為 2L，最小道為第 0道，最大道為第 (2L1)道。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 61 ： 它的主要功能是完成大量經過量化處理的信息進行按類統(tǒng)計， 并將結果存儲起來。 ?圖中 ADC把脈沖幅度分為 8類，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中有相應 8個存儲單元，分別與 ADC輸出的值相對應，從 0號單元到 7號單元。它是用來存儲相對應的類別信號個數(shù)。 ?實現(xiàn)方法： ADC的輸出數(shù)碼作為地址，將該地址對應的存儲單元加 1。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 62 ?數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)除了上述主要功能之外，還具有實時顯示，數(shù)據(jù)輸出和譜數(shù)據(jù)處理等功能。 ?系統(tǒng)可以用專用硬件組成，也可以用計算機來完成其功能。（第六章專門介紹這部分內容）。 H為道寬 : ）道伏(mAH ?P為變換增益 : ）伏道(1HP ?R為分辨率： m ax1LR ?m i nm a xm a xm a xm a xHALPLALHA????SNST, LANZHOU UNIVERSITY 63 二、多道脈沖幅度分析器的主要性能指標 M指數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)可提供的存儲單元數(shù)目， mmax指 ADC變換之后最多道址數(shù)。在專用硬件多道分析器中，一般 M=mmax。 道寬 : m a x0m a xmEUV iH??HiVEUm 0??1. 道數(shù) M和 量化電平數(shù) mmax： m與 Ui應為線性關系。但實際上 m~Ui之間關系曲線與理想直線存在偏離。我們可以用積分非線性 INL和微分非線性 DNL來度量線性程度。 2. 線性 。不計誤差項 δ 其中 Uimax為 ADC允許變換的最大幅度，一般在 10伏量級。 VH將隨著mmax增大而變小，這表明幅度被量化處理得更細，精度就更高。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 64 ΔUi為各道實際 Ui與理想直線上對應道的 Ui之間偏離量。理想直線是由各實驗值用最小二乘法擬合得到的。 為 ΔUi中最大值； Umax為輸入最大幅度（即分析范圍）。 ADC在輸入小幅度時， INL較大，因此積分非線性通常是指低道址某道開始到最大道址范圍內的 INL，例如規(guī)定為 10%Umax到 Umax之間范圍之內的 INL。 INL可達到 %。 積分非線性將造成對刻度的非線性。 %100m a xm a x ???iiUUI N LmaxiU?積分非線性定義為： SNST, LANZHOU UNIVERSITY 65 微分非線性 是反映各道道寬均勻性的一個參量。理想情況下，各道道寬 VH應保持相同；而實際上各道道寬存在著差異，表現(xiàn)在 : (1)在宏觀上看， VKi在隨道址 m變化曲線中，在低道址偏大，逐漸趨于平坦。這與積分非線性變化情況相一致的。 (2)從微觀上看，相鄰道之間 VKi上下漲落，出現(xiàn)“奇偶對”現(xiàn)象，即奇數(shù)道道寬普遍偏大（或偏?。?，而偶數(shù)道相反。右圖為道寬 VKi~m曲線。 為平均道寬。 應為一條水平線。微分非線性定義為： HVmVH ~? ? %1 0 0m a x ???HHKiVVVD N LDNL可以用精密滑移脈沖發(fā)生器測量 ? ????????10m a xm a xm a x1%1 00miiiNmNNNND N L微分非線性將使幅度譜畸變，分辨率變壞。對一個多道脈沖幅度分析器，一般要求微分非線性為 1%量級。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 66 分析一個信號通常需要時間 : (1) 其中 tw為等待變換時間， tc 為變換時間而 ts為數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集時間。在 td時間內不允許再有信號輸入到多道分析器中來，以免影響正在分析的信號，因此需要對輸入端進行封鎖，封鎖時間 這樣一來，每分析一個信號存在一段死時間 td，將造成計數(shù)的損失。在（ 1）式中， tc往往是主要因素，提高變換速度是減小死時間的關鍵問題。 scwd tttt ???dd tT ?N/1??： 道寬 VH和零道閾 E0的穩(wěn)定性會影響 Vi~m關系的穩(wěn)定性。在多道脈沖幅度分析器中，對道寬和零道閾的穩(wěn)定性也有較高要求，要求它們隨溫度和工作時間增長產生的漂移小于 1%VH。 ： 道容量是指可容最大計數(shù)值。在硬件多道脈沖幅度分析器中，一般可以做到道容量為每道 105到 106計數(shù)。 因為 統(tǒng)計相對誤差 : SNST, LANZHOU UNIVERSITY 67 三、 線性放電型模數(shù)變換器 ADC 特點： ?早期采用分立元件構成； ?電路簡單； ?道寬一致性好。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 68 Uimax ? Q ? T ? m 線性放電型 ADC工作過程可分為以下步驟： (1) 輸入信號通過峰展寬電路對電容器CH充電，電容上電荷量 Q = CHUimax (2) 電容器再經過一個恒流放電電路線性放電，直至放完。放電所需要時間 T正比于電荷量 Q，檢出放電開始與放電終了的時刻，形成一個寬度為 T的脈沖。這一步稱為幅度 ——時間變換，即 QT變換。它完成了輸出信號寬度與輸入信號幅度的線性變換。 (3) 用 QT變換后的寬度為 T的脈沖去控制周期為 T0的時鐘門，只有在 T時間內時鐘才能通過時鐘門，因而輸出的時鐘個數(shù) m將正比于 T，這一步稱為時間 —脈沖數(shù)變換，即 Tm變換。 (4) 將時鐘門輸出送入二進位計數(shù)器（稱為地址定標器）實現(xiàn)串行 —并行變換。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 69 右圖為原理圖中各點波形。其工作過程如下： 輸入信號觸發(fā)控制電路使電流開關 S從初態(tài)時 2位置轉到 1位置，斷開恒流源與充電電容 CH之間連接；同時輸入信號通過峰展寬器對 CH充電，當充到信號的峰值時，展寬器的輸出端給時間檢出電路一個信號，由時間檢出電路經過一定時間延遲后，經控制電路開啟 S，使其打在 2位置，將 CH與恒流源接通，CH上電荷通過恒流源線性放電，同時控制器輸出信號觸發(fā)時間檢出電路，產生寬度脈沖VT（圖中④），打開時鐘門，使時鐘信號輸出。當 CH上放電完畢，展寬器又送出放電終了信號，結束寬度脈沖 VT，關閉時鐘門，完成 Tm變換。 SNST, LANZHOU UNIVERSITY 70 其中 TO為時鐘脈沖周期。因此道寬為： iH VCQ ?iH VICT ?整數(shù)整數(shù)??????????????iH VITCTTm00HH CTIV 0??電容器上電荷量為 : Vi為輸入信號幅度，放電所需時間，即展寬脈沖的寬度為： 時鐘門 Ym的輸出脈沖個數(shù)為 : SNST, LANZHOU UNIVERSITY 71 在實際電路中還應解決下面幾個具體問題。 (1)占用封鎖 。 在信號進入進行 ADC變換和數(shù)據(jù)采集過程中，不允許再有信號輸入進來干擾該脈沖變換與數(shù)據(jù)采集，但是信號在時間上分布是隨機的，因而在變換和采集過程中對輸入端需要進行封鎖。為此，在變換之前輸入信號需要通過一級線性門。 (2)幅度及其它條件選擇 實際應用中往往是分析一定幅度范圍之內的信號，因而需要設置一個微分甄別器作幅度選擇，以減小噪聲、干擾和不感興趣的信號占用分析器工作時間。 (3)與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)之間聯(lián)系 無論用硬件組成的還是計算機的數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)， ADC必須有一些控制信號與它們聯(lián)系，通常包括：數(shù)據(jù)傳送命令（存儲令）、數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)發(fā)回的取數(shù)據(jù)命令（取地址），數(shù)據(jù)采集完成后發(fā)回的回答信號用來解除占用封鎖等。 (4)起點同步電路（定相電路）