本文關(guān)鍵詞：基于TDC-GPX的飛行時間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛行時間質(zhì)譜儀（TOF-MS: Time-of-Flight Mass Spectrometer）是一種高分辨率、高靈敏度、分析速度快及理論上無質(zhì)量檢測上限的質(zhì)譜儀，在同位素分析、基因及基因組學、核物理和環(huán)境科學等研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。與國外相比，，國內(nèi)關(guān)于TOF-MS的研究仍然在起步階段，還沒有成形的儀器產(chǎn)品，全部靠進口購買。國內(nèi)對TOF-MS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究也相對較少，在性能上還有待于提高。目前大多數(shù)TOF-MS儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用高精度的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC: Time-to-digital converter）來測量離子的飛行時間，以實現(xiàn)對離子種類的辨別。TDC的性能影響飛行時間質(zhì)譜儀的靈敏度和質(zhì)量精度等參數(shù)，因此研究高性能的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器對TOF-MS具有重要意義。 本文針對飛行時間質(zhì)譜儀高分辨率、寬質(zhì)量范圍的特點，設(shè)計了一種基于TDC技術(shù)的高精度、大量程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為前端信號調(diào)理模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和FPGA時序控制模塊。前端信號調(diào)理模塊首先對離子檢測器的信號進行放大，通過比較器對放大后的信號進行幅度甄別來篩選離子信號，之后將篩選出的信號進行電平轉(zhuǎn)換輸出至TDC的stop通道；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊以德國ACAM公司生產(chǎn)的專用時間間隔測量芯片TDC-GPX為核心，負責測量離子飛行時間，測量后的數(shù)據(jù)傳輸至FPGA；FPGA時序控制模塊負責系統(tǒng)的時序控制，采用自頂向下的結(jié)構(gòu)進行程序的編寫，程序主要由TDC-GPX的初始化與控制、FIFO數(shù)據(jù)緩存和USB2.0數(shù)據(jù)傳輸三個功能單元構(gòu)成，其中USB2.0讀寫模塊采用時分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)測試結(jié)果表明，單通道測量精度小于100ps，測量范圍大于500μs，可同時進行8個通道測量，對應(yīng)一個start脈沖能夠測量超過128個stop脈沖，可以滿足飛行時間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求。此外，所設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也適用于其他TOF系統(tǒng)中。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 飛行時間質(zhì)譜儀 FPGA TDC-GPX
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH843;TP274.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)簡介10-14
• 1.2.1 TDC 性能指標10-11
• 1.2.2 TDC 技術(shù)分類11-14
• 1.3 飛行時間系統(tǒng)中的 TDC 技術(shù)現(xiàn)狀14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 飛行時間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計16-21
• 2.1 TOF-MS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案選擇16-19
• 2.1.1 ADC 采集系統(tǒng)16-17
• 2.1.2 TDC 采集系統(tǒng)17-19
• 2.2 總體設(shè)計19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第3章 前端信號調(diào)理模塊設(shè)計21-28
• 3.1 前端信號調(diào)理模塊總體設(shè)計21-22
• 3.2 各功能單元電路設(shè)計22-26
• 3.2.1 電源電路22
• 3.2.2 放大電路22-23
• 3.2.3 比較器電路23-24
• 3.2.4 繼電器控制電路24-25
• 3.2.5 ECL to LVTTL 電平轉(zhuǎn)換電路25-26
• 3.3 模塊測試26-27
• 3.4 本章小結(jié)27-28
• 第4章 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計28-40
• 4.1 TDC 芯片選型28-29
• 4.2 TDC-GPX 簡介29-30
• 4.3 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計30-35
• 4.3.1 供電電路30-31
• 4.3.2 電容濾波電路31-32
• 4.3.3 與 FPGA 接口電路32-34
• 4.3.4 電路板的繪制34-35
• 4.4 TDC 性能測試35-39
• 4.4.1 單次擊中精度測試35-36
• 4.4.2 TDC 線性度測試36-38
• 4.4.3 多次脈沖擊中能力測試38-39
• 4.5 本章小結(jié)39-40
• 第5章 FPGA 時序控制模塊設(shè)計40-61
• 5.1 FPGA 開發(fā)板簡介40-41
• 5.2 FPGA 程序控制41-43
• 5.3 TDC-GPX 初始化與控制43-45
• 5.3.1 芯片參數(shù)設(shè)計43-44
• 5.3.2 接收數(shù)據(jù)計算44-45
• 5.4 FIFO 數(shù)據(jù)緩存45-48
• 5.4.1 FIFO 概述45-46
• 5.4.2 程序設(shè)計46-48
• 5.5 USB2.0 接口設(shè)計48-59
• 5.5.1 USB2.0 概述48-49
• 5.5.2 CY7C68013A 簡介49-50
• 5.5.3 USB 固件設(shè)計50-54
• 5.5.4 USB 讀寫模塊設(shè)計54-57
• 5.5.5 USB 接口測試57-59
• 5.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體測試59-60
• 5.7 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)61-63
• 6.1 本文主要工作及成果61-62
• 6.2 存在的問題及下一步工作建議62-63
• 參考文獻63-67
• 作者簡介67-68
• 致謝68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張樹東;許明坤;孔祥和;;飛行時間質(zhì)譜峰值的漂移[J];光譜學與光譜分析;2007年04期

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3 林延暢;王小斌;陳少敏;高原寧;姜春華;錢文斌;;一種時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換NIM插件的研制[J];核電子學與探測技術(shù);2008年01期

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7 侯利冰;郭穎;黃庚華;舒嶸;;光子計數(shù)激光雷達時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[J];紅外與毫米波學報;2012年03期

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10 郭建華;劉樹彬;周世龍;劉小樺;安琪;;BESⅢTOF前端讀出電子學系統(tǒng)原型設(shè)計和實驗結(jié)果[J];高能物理與核物理;2006年08期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉小樺;CSR強子探測器讀出電子學方法研究[D];中國科學技術(shù)大學;2008年

  本文關(guān)鍵詞：基于TDC-GPX的飛行時間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：362683