常溫下FCD515探測器的讀出時(shí)間在30μs以內(nèi),為其設(shè)計(jì)了一套數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。并且詳細(xì)介紹了組成該系統(tǒng)的數(shù)采、驅(qū)動(dòng)、控制三個(gè)板卡的具體功能與電路設(shè)計(jì)。通過一個(gè)模擬脈沖星的實(shí)驗(yàn)對400 kHz和100 kHz兩種驅(qū)動(dòng)頻率下的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)作了分析比較,表明系統(tǒng)周期搜索的精度在10^-2ns數(shù)量級,而且400 kHz比100 kHz能提高7%的精度。且具有良好的短期和長期穩(wěn)定性。 

【文章來源】：核電子學(xué)與探測技術(shù). 2019,39(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

電子學(xué)讀出系統(tǒng)示意圖

2．2數(shù)采板卡設(shè)計(jì)數(shù)采板卡主要將探測器信號(hào)放大，消除復(fù)位噪聲，調(diào)節(jié)信號(hào)的基線，最后通過ADC采樣得到數(shù)字信號(hào)。它由一級放大電路和數(shù)采電路組成，在同一PCB上。2．2．1一級放大電路15keV的X光子經(jīng)FCD產(chǎn)生的信號(hào)約為45mV。OS是CCD輸出的信號(hào)，經(jīng)過隔直電路、運(yùn)放(AD847)放大11倍之后的信號(hào)記為SCD0。原理如圖3所示。運(yùn)放采用AD847是因?yàn)镃CD236工作在100kHz時(shí)，選用的一級運(yùn)放TLE2072的單位增益帶寬是9．4MHz，而CCD515最高工作頻率為400kHz，所以本文選取單位增益帶寬50MHz的AD847。2．2．2數(shù)采電路SCD0經(jīng)過運(yùn)放AD847、相關(guān)雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護(hù)電路進(jìn)入ADC。相關(guān)雙采樣技術(shù)(CDS)是為了消除CCD的復(fù)位噪聲［4］，通過一個(gè)開關(guān)芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實(shí)現(xiàn)�；�控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號(hào)的基線。電壓保護(hù)電路確保信號(hào)幅度在0～5V，防止燒壞ADC。原理如圖4所示。圖4數(shù)采電路2．2．3信號(hào)處理AD9220是一款12bit、5V單端供電、250mW功耗、有靈活的采樣頻率并且最高可配置10MSPS的流水線型ADC。AD9220的輸出會(huì)延遲3個(gè)時(shí)鐘。AD9220有多種配置方式，根據(jù)手冊，在此選用單端輸入，內(nèi)部參考電壓的配置。ADC的時(shí)鐘周期與CCD的驅(qū)動(dòng)周期一致，確保在上升沿采集到信號(hào)電平。關(guān)鍵信號(hào)時(shí)序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)。CK1是CDS開關(guān)信號(hào):低?

髕德飾?400kHz，所以本文選取單位增益帶寬50MHz的AD847。2．2．2數(shù)采電路SCD0經(jīng)過運(yùn)放AD847、相關(guān)雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護(hù)電路進(jìn)入ADC。相關(guān)雙采樣技術(shù)(CDS)是為了消除CCD的復(fù)位噪聲［4］，通過一個(gè)開關(guān)芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實(shí)現(xiàn)�；�控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號(hào)的基線。電壓保護(hù)電路確保信號(hào)幅度在0～5V，防止燒壞ADC。原理如圖4所示。圖4數(shù)采電路2．2．3信號(hào)處理AD9220是一款12bit、5V單端供電、250mW功耗、有靈活的采樣頻率并且最高可配置10MSPS的流水線型ADC。AD9220的輸出會(huì)延遲3個(gè)時(shí)鐘。AD9220有多種配置方式，根據(jù)手冊，在此選用單端輸入，內(nèi)部參考電壓的配置。ADC的時(shí)鐘周期與CCD的驅(qū)動(dòng)周期一致，確保在上升沿采集到信號(hào)電平。關(guān)鍵信號(hào)時(shí)序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)。CK1是CDS開關(guān)信號(hào):低電平時(shí)開關(guān)閉合，電容直接接地;高電平時(shí)開關(guān)斷開，電容接后面運(yùn)放。OS是FCD輸出的信號(hào)，SIGNAL是最后進(jìn)入ADC的模擬信號(hào)。2．3驅(qū)動(dòng)板卡設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)板卡要實(shí)現(xiàn)PHA、PHB和PHＲ的電平轉(zhuǎn)換。FCD工作需要的時(shí)序由FPGA產(chǎn)生，為5VTTL電平，F(xiàn)CD515的驅(qū)動(dòng)電平要求(12V)見表1。本設(shè)計(jì)選擇驅(qū)動(dòng)芯片ISL7457。另外，驅(qū)動(dòng)板卡還要向FCD515提供可調(diào)的基底電壓Vss。并且為了保護(hù)FCD515，Vss上電時(shí)間要晚于Vod。因此先對DAC進(jìn)行配置，產(chǎn)生的電壓經(jīng)過

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星低能望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]. 陳勇,崔葦葦,李煒,王娟,韓大煒,王于仨,陳田祥,張藝,楊彥佶,霍嘉.  航天器工程. 2018(05)
[2]HXMT衛(wèi)星低能X射線望遠(yuǎn)鏡[J]. 陳勇,崔葦葦.  現(xiàn)代物理知識(shí). 2016(04)
[3]石英晶體振蕩器頻率特性的測量與分析[J]. 李二鵬,文開章,馮保紅,王煜,汪為偉.  測控技術(shù). 2010(01)
[4]空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡[J]. 李惕碚,吳枚.  物理. 2008(09)
[5]CCD噪聲分析及處理技術(shù)[J]. 許秀貞,李自田,薛利軍.  紅外與激光工程. 2004(04)



本文編號(hào)：3003316