Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
278
Выход !!АП ----------U1
1
IfS
ч- t
Рис. 5.18. Преобразователь амплитуды в код с поразрядным взвешиванием (а) и временные диаграммы, поясняющие процесс измерения (б)
зан с трудностями подгонки разрядных токов и не решает полностью вопрос быстродействия. Большими возможностями обладают методы, основанные на поразрядном «взвешивании».
5.5.1. МЕТОД ПОРАЗРЯДНОГО ВЗВЕШИВАНИЯ
Идея метода поясняется упрощенной структурной схемой преобразователя, приведенной на рис. 5.18,а. Измеряемый сигнал преобразуют в импульс с плоской вершиной (с сохранением амплитуды) и подают на компаратор, в котором производится сравнение амплитудного значения измеряемого сигнала с напряжением, 'поступающим от ЦАП (см. § 3.8). Напряжение на выходе ЦАП определяется состоянием регистра, устанавливаемым схемой управления. В том случае, когда напряжение на выходе ЦАП становится равным амплитуде входного сигнала, управляющая схема прекращает переключать триггеры регистра. Полученная комбинация состояний триггеров регистра является кодом амплитуды измеряемого импульса. В данном случае производится поразрядное взвешивание.
Этот метод аналогичен процессу взвешивания на обычных весах при помощи разновеса. Для взвешивания некоторого предмета достаточно иметь ограниченное число гирь. На чашку весов вначале кладется гиря наибольшего веса. Если она перевешивает, то ее снимают и вместо нее кладут гирю меньшего веса. Затем к ней добавляют гирю следующего веса. Если сумма масс двух гирь превышает массу предмета, то вторая гиря снимается и на ее место кладется гиря следующего веса и т. д. После достижения равновесия суммируются веса гирь на чашке. Весь процесс взвешивания таким способом состоит из небольшого числа операций и, следовательно, занимает немного времени.
Проследим работу преобразователя, пользуясь временной диаграммой (рис. 5.18,6). Управляющая схема изменяет состояния триггеров регистра. В начале измерения (/=^0) состояние 1 имеет только триггер высшего разряда, все остальные триггеры находятся в состоянии 0. Поэтому входной сигнал сначала сравнивается
279
с напряжением U0. Если это напряжение превышает амплитуду входного импульса (как это показано на рис. 5.18,6), то по цепи обратной связи дается команда на схему управления перевести триггер высшего разряда в состояние 0, а триггер следующего разряда — в состояние 1. Если после произведенной операции напряжение на выходе ЦАП окажется меньше амплитуды входного сигнала U2=l/2Uo<Um, то переводится в состояние 1 следующий разряд. Теперь входное напряжение сравнивается с напряжением ?/3=( 1/2 U0+1/4 U0) и т. д. Подобные операции производятся схемой до тех пор, пока напряжение на выходе ЦАП не станет равным амплитуде входного импульса Um. Нетрудно видеть, что окончательное состояние триггеров регистра является кодом измеряемой амплитуды. Этот код используется в амплитудном анализаторе для отыскания соответствующего адреса канала.
Из рассмотрения принципа действия преобразователя с поразрядным взвешиванием видно, что измерение производится за несколько операций, выполняемых за доли микросекунды, поэтому разрешающее время таких устройств не превышает нескольких микросекунд.
Серьезный недостаток преобразователей с поразрядным взвешиванием — низкая (порядка десятка процентов) неоднородность ширины каналов, связанная с трудностью создания точных резистивных цепей ЦАП.
5.5.2. МЕТОД СТАТИСТИЧЕСКОГО РАЗРАВНИВАНИЯ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОДНОРОДНОСТИ ШИРИНЫ КАНАЛОВ
Значительно улучшить однородность ширины каналов в преобразователях с поразрядным взвешиванием позволяет метод статистического разравнивания (метод «сдвигающейся» шкалы), предложенный Гатти.
Идею метода можно уяснить, пользуясь следующей аналогией. Пусть требуется отсортировать некоторые отрезки по их длине с помощью линейки, на которой деления нанесены недостаточно точно, т. е. имеется большой разброс в интервалах (в дальнейшем будем называть их каналами) между делениями (рис. 5.19). Cop-
Относительная
40-20-20-2010 10 50-40-10 0 10 10 WSO 20-10-30 SO 20-20^истІ7оТшарань. 1 2 J Ч 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20, каналов
6 -2—.Относительная неоднородность ширины каналов после 5 сдвигов, %
Рис. 5.19. К рассмотрению метода «сдвигающейся шкалы» 280
тировка может быть произведена следующим образом. При измерении каждого нового отрезка нулевое деление линейки смещается на величину, равную среднему значению канала; и к номеру канала, с которым совпал конец отрезка, добавляется число сдвигов линейки. В каждом таком измерении мы пользуемся как бы разными каналами. Так, если конец отрезка в первом измерении попадает в 10-й канал, то во втором измерении — в 9-й, в третьем — в 8-й и т. д., таким образом, после M сдвигов линейки можно говорить об эффективной ширине канала, равной среднему значению ширины указанных каналов. После сортировки M отрезков линейка возвращается в начальное положение. При последующих измерениях она вновь сдвигается аналогичным образом. Относительная неоднородность эффективной ширины каналов в таком способе равна среднему значению относительной неоднородности M каналов.
