高速X射線SCD探測器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設計
發(fā)布時間：2021-01-27 15:52
常溫下FCD515探測器的讀出時間在30μs以內(nèi),為其設計了一套數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。并且詳細介紹了組成該系統(tǒng)的數(shù)采、驅(qū)動、控制三個板卡的具體功能與電路設計。通過一個模擬脈沖星的實驗對400 kHz和100 kHz兩種驅(qū)動頻率下的數(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】：核電子學與探測技術. 2019,39(03)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
電子學讀出系統(tǒng)示意圖
2．2數(shù)采板卡設計數(shù)采板卡主要將探測器信號放大，消除復位噪聲，調(diào)節(jié)信號的基線，最后通過ADC采樣得到數(shù)字信號。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)生的信號約為45mV。OS是CCD輸出的信號，經(jīng)過隔直電路、運放(AD847)放大11倍之后的信號記為SCD0。原理如圖3所示。運放采用AD847是因為CCD236工作在100kHz時，選用的一級運放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)過運放AD847、相關雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護電路進入ADC。相關雙采樣技術(CDS)是為了消除CCD的復位噪聲［4］，通過一個開關芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實現(xiàn)。基線控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號的基線。電壓保護電路確保信號幅度在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的輸出會延遲3個時鐘。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的時鐘周期與CCD的驅(qū)動周期一致，確保在上升沿采集到信號電平。關鍵信號時序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時鐘和復位信號。CK1是CDS開關信號: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)過運放AD847、相關雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護電路進入ADC。相關雙采樣技術(CDS)是為了消除CCD的復位噪聲［4］，通過一個開關芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實現(xiàn)�；�控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號的基線。電壓保護電路確保信號幅度在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的輸出會延遲3個時鐘。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的時鐘周期與CCD的驅(qū)動周期一致，確保在上升沿采集到信號電平。關鍵信號時序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時鐘和復位信號。CK1是CDS開關信號:低電平時開關閉合，電容直接接地;高電平時開關斷開，電容接后面運放。OS是FCD輸出的信號，SIGNAL是最后進入ADC的模擬信號。2．3驅(qū)動板卡設計驅(qū)動板卡要實現(xiàn)PHA、PHB和PHＲ的電平轉(zhuǎn)換。FCD工作需要的時序由FPGA產(chǎn)生，為5VTTL電平，F(xiàn)CD515的驅(qū)動電平要求(12V)見表1。本設計選擇驅(qū)動芯片ISL7457。另外，驅(qū)動板卡還要向FCD515提供可調(diào)的基底電壓Vss。并且為了保護FCD515，Vss上電時間要晚于Vod。因此先對DAC進行配置，產(chǎn)生的電壓經(jīng)過
【參考文獻】：
期刊論文
[1]硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星低能望遠鏡設計與驗證[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射線望遠鏡[J]. 陳勇,崔葦葦. 現(xiàn)代物理知識. 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. 2010(01)
[4]空間硬X射線調(diào)制望遠鏡[J]. 李惕碚,吳枚. 物理. 2008(09)
[5]CCD噪聲分析及處理技術[J]. 許秀貞,李自田,薛利軍. 紅外與激光工程. 2004(04)
本文編號：3003316
【文章來源】：核電子學與探測技術. 2019,39(03)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
電子學讀出系統(tǒng)示意圖
2．2數(shù)采板卡設計數(shù)采板卡主要將探測器信號放大，消除復位噪聲，調(diào)節(jié)信號的基線，最后通過ADC采樣得到數(shù)字信號。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)生的信號約為45mV。OS是CCD輸出的信號，經(jīng)過隔直電路、運放(AD847)放大11倍之后的信號記為SCD0。原理如圖3所示。運放采用AD847是因為CCD236工作在100kHz時，選用的一級運放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)過運放AD847、相關雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護電路進入ADC。相關雙采樣技術(CDS)是為了消除CCD的復位噪聲［4］，通過一個開關芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實現(xiàn)。基線控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號的基線。電壓保護電路確保信號幅度在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的輸出會延遲3個時鐘。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的時鐘周期與CCD的驅(qū)動周期一致，確保在上升沿采集到信號電平。關鍵信號時序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時鐘和復位信號。CK1是CDS開關信號: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)過運放AD847、相關雙采樣電路圖3一級放大電路(CDS)、電壓跟隨器、基線控制電路、放大電路、電壓保護電路進入ADC。相關雙采樣技術(CDS)是為了消除CCD的復位噪聲［4］，通過一個開關芯片(P1:ADG441)控制電容對地的充放電來實現(xiàn)�；�控制電路是通過DAC(TLV5638)來調(diào)節(jié)模擬信號的基線。電壓保護電路確保信號幅度在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的輸出會延遲3個時鐘。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的時鐘周期與CCD的驅(qū)動周期一致，確保在上升沿采集到信號電平。關鍵信號時序圖如圖5所示。其中PHA、PHB和PHＲ為CCD兩相轉(zhuǎn)移時鐘和復位信號。CK1是CDS開關信號:低電平時開關閉合，電容直接接地;高電平時開關斷開，電容接后面運放。OS是FCD輸出的信號，SIGNAL是最后進入ADC的模擬信號。2．3驅(qū)動板卡設計驅(qū)動板卡要實現(xiàn)PHA、PHB和PHＲ的電平轉(zhuǎn)換。FCD工作需要的時序由FPGA產(chǎn)生，為5VTTL電平，F(xiàn)CD515的驅(qū)動電平要求(12V)見表1。本設計選擇驅(qū)動芯片ISL7457。另外，驅(qū)動板卡還要向FCD515提供可調(diào)的基底電壓Vss。并且為了保護FCD515，Vss上電時間要晚于Vod。因此先對DAC進行配置，產(chǎn)生的電壓經(jīng)過
【參考文獻】：
期刊論文
[1]硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星低能望遠鏡設計與驗證[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射線望遠鏡[J]. 陳勇,崔葦葦. 現(xiàn)代物理知識. 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. 2010(01)
[4]空間硬X射線調(diào)制望遠鏡[J]. 李惕碚,吳枚. 物理. 2008(09)
[5]CCD噪聲分析及處理技術[J]. 許秀貞,李自田,薛利軍. 紅外與激光工程. 2004(04)
本文編號：3003316
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