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

【摘要】：飛行時(shí)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(xué)、核物理和環(huán)境科學(xué)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(jìn)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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC: Time-to-digital converter）來測量離子的飛行時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對離子種類的辨別。TDC的性能影響飛行時(shí)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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器對TOF-MS具有重要意義。 本文針對飛行時(shí)間質(zhì)譜儀高分辨率、寬質(zhì)量范圍的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為前端信號(hào)調(diào)理模塊、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和FPGA時(shí)序控制模塊。前端信號(hào)調(diào)理模塊首先對離子檢測器的信號(hào)進(jìn)行放大，通過比較器對放大后的信號(hào)進(jìn)行幅度甄別來篩選離子信號(hào)，之后將篩選出的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出至TDC的stop通道；時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊以德國ACAM公司生產(chǎn)的專用時(shí)間間隔測量芯片TDC-GPX為核心，負(fù)責(zé)測量離子飛行時(shí)間，測量后的數(shù)據(jù)傳輸至FPGA；FPGA時(shí)序控制模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)的時(shí)序控制，采用自頂向下的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(gè)功能單元構(gòu)成，其中USB2.0讀寫模塊采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)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(shí)進(jìn)行8個(gè)通道測量，對應(yīng)一個(gè)start脈沖能夠測量超過128個(gè)stop脈沖，可以滿足飛行時(shí)間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求。此外，所設(shè)計(jì)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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀 FPGA TDC-GPX
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)簡介10-14
• 1.2.1 TDC 性能指標(biāo)10-11
• 1.2.2 TDC 技術(shù)分類11-14
• 1.3 飛行時(shí)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(shí)間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì)19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第3章 前端信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)21-28
• 3.1 前端信號(hào)調(diào)理模塊總體設(shè)計(jì)21-22
• 3.2 各功能單元電路設(shè)計(jì)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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)28-40
• 4.1 TDC 芯片選型28-29
• 4.2 TDC-GPX 簡介29-30
• 4.3 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)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(shí)序控制模塊設(shè)計(jì)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(jì)43-44
• 5.3.2 接收數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)46-48
• 5.5 USB2.0 接口設(shè)計(jì)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(jì)50-54
• 5.5.4 USB 讀寫模塊設(shè)計(jì)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(xiàn)63-67
• 作者簡介67-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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5 安琪;;粒子物理實(shí)驗(yàn)中的精密時(shí)間間隔測量[J];核技術(shù);2006年06期

6 朱磊;黃庚華;歐陽俊華;舒嶸;王建宇;;光子計(jì)數(shù)成像激光雷達(dá)時(shí)間間隔測量系統(tǒng)研究[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2008年06期

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8 侯可勇;董璨;王俊德;李海洋;;飛行時(shí)間質(zhì)譜儀新技術(shù)的進(jìn)展及應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年Z1期

9 吳磊;申世濤;郭超平;徐冬冬;;基于USB和FPGA的嵌入式溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2011年S2期

10 郭建華;劉樹彬;周世龍;劉小樺;安琪;;BESⅢTOF前端讀出電子學(xué)系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果[J];高能物理與核物理;2006年08期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

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

本文編號(hào)：362683