Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
283
5.6.2. СТУПЕНЧАТЫЕ АЦП
ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТИПА
Параллельные АЦП на большое число разрядов выполнить трудно, так как усложняется схема шифратора и повышаются требования точности установки порогов срабатывания компараторов. Поэтому применяют параллельно-последовательные схемы, позволяющие в значительной степени избежать указанных трудностей и получить достаточно высокое быстродействие. Схемы такого типа применяют в многоканальных и многомерных амплитудных анализаторах.
Двухступенчатый параллельно-последовательный восьмиразрядный преобразователь приведен на рис. 5.22,а; он состоит из двух четырехразрядных параллельных АЦП, связанных между собой с помощью ЦАП и аналоговой схемы вычитания на операционном усилителе. Кодирование амплитуды импульса происходит по частям. Сначала импульс поступает на преобразователь старших разрядов АЦП (с). При этом производится грубое кодирование и формируются старшие разряды полного кода (24—27). Этот код поступает на выход схемы и на четырехразрядный ЦАП. Последним вырабатывается импульсное напряжение Urm, в точности соответствующее коду старших разрядов (рис. 5.22,6). Это напряжение поступает на аналоговую схему вычитания. На второй вход аналоговой схемы вычитания приходит с некоторой задержкой исходный импульс Um. В результате происходит вычитание амплитудных значений (Um—U'm) и усиление этой разности в 16 раз. Полученный «остаток» сигнала с амплитудным значением 16 (Um — U'm) поступает на преобразователь младших разрядов АЦП (м), с выхода которого снимаются разряды кода 2°—23.
В данной схеме АЦП старших и младших разрядов идентичны, однако допустимые погрешности АЦП (*с) определяются разрядностью всей схемы (8). Kpo-
284
ме того, высокие требования предъявляются к стабильности аналоговой схемы вычитания, а также к ЦАП, являющимся дополнительными источниками дифференциальной нелинейности каналов анализатора в местах «сшивки» старших и младших разрядов. Для улучшения однородности ширины каналов применяют рассмотренный ранее метод статистического разравнивания. Значительно уменьшить нестабильность ЦАП можно путем его периодической калибровки. Для этого, например, в схему 12-разрядного (4096 каналов) ступенчатого преобразователя вводят дополнительный АЦП типа амплитуда—время, рассчитанный также на 4096 каналов, с помощью которого примерно 1 раз в 1 мин корректируется работа ЦАП.
§ 5.7. АМПЛИТУДНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ С ЗУ
5.7.1. АНАЛИЗАТОРЫ С ФЕРРИТОВЫМИ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ЗУ
Амплитудные анализаторы очень широко используют в ядерных спектрометрических исследованиях. Современный физический эксперимент предъявляет к анализаторам высокие требования как по амплитудному, так и по временному разрешению. Число каналов этих приборов в основном определяется энергетическим разрешением детекторов излучений. Наибольшим разрешением обладают полупроводниковые детекторы, и для эффективной работы с этими детекторами амплитудные анализаторы должны обеспечивать сортировку по нескольким тысячам каналом. Меньшее число каналов, порядка нескольких сотен, достаточно для сцинтилляционных и ионизационных детекторов.
Высокое временное разрешение этих приборов в основном необходимо для сокращения времени исследований, особенно при работе с эффективными детекторами на ускорителях и реакторах. В некоторых задачах амплитудные анализаторы должны обеспечивать измерения со скоростью порядка IO5 и более событий в 1 с.
Перечисленные требования могут быть обеспечены только анализаторами с быстродействующими ЗУ с произвольной выборкой. Поэтому многоканальные амплитудные анализаторы выполняются с ферритовыми или полупроводниковыми ЗУ.
Рассмотрим взаимодействие основных узлов многоканального амплитудного анализатора с ферритовым ЗУ (рис. 5.23,а). Анализатор состоит из кодировщика амплитуды, ЗУ, в которое входят ферритовый куб, адресное и арифметическое устройство; устройства управления и выходных (терминальных) устройств: дисплея с ЦАП и формирователями знаков, а также кассетного магнитофона или флоппи-дисков, цифропечатающего устройства и др.
Наибольшее распространение получили кодировщики, основанные на преобразовании амплитуды во время (Л->/) и затем в код. Связь такого кодировщика с ЗУ может быть выполнена по-разному. В простейшем случае от кодировщика в счетчик-регистр адресного устройства ЗУ поступает пачка импульсов, число которых и определяет амплитуду измеряемого импульса (я = Л). После того как счетчиком-регистром будут сосчитаны все п импульсов, т. е.
285
.Код
LU.K.KKKNKKKKKNKKKKK
tr
I
Рис. 5.23. Многоканальный амплитудный анализатор с ферритовым запоминающим устройством (а) и временные диаграммы (б)
+1 ! к t
X.Y j \. t
Z V.J t
! і t
Запоминание в канале
6)
в нем будет записан адрес канала, по этому адресу ведется обращение к памяти.
Если же в кодировщике имеется свой счетчик для формирования кода Af то в регистр адресного устройства поступает параллельный код, по которому в ЗУ отыскивается канал. Аналогичным образом связывают с ЗУ кодировщики с поразрядным взвешиванием.
