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基于基于FPGA的数字脉冲成形技术的研究的数字脉冲成形技术的研究
采用FPGA作为主控芯片,实现数字化脉冲成形电路。该数字化脉冲成形电路不仅可以替代传统的模拟滤波成形
电路,而且可以减少模拟电路中的白噪声,提高系统的灵活性和稳定性,具有一定的理论意义和实用价值。
传统伽马能谱测量系统由探测器、前置放大器、主放电路、脉冲甄别电路、峰值保持电路、ADC采样和微处理器等组成。由
于这类模拟多道能谱仪主要采用模拟电路实现,因此系统开发周期长,抗干扰能力弱,受温度影响大,系统灵活性较差,无法
解决脉冲堆积、脉冲计数率较低、A/D转换存在死时间等问题[1]。而数字伽马能谱测量系统主要由探测器、前置放大器、主放
电路、高速ADC采样电路、FPGA控制部分组成。由于采用高速ADC进行脉冲采样,因此电路不存在死时间,并且能保证在每
个有效脉冲宽度内有上百个采样点[2-3]。同时由于采用FPGA作为主控芯片,可以在控制ADC进行高速采集的过程中同步实现
数据缓存、脉冲滤波、脉冲成形、幅值分析、能谱计数等功能[4]。系统处理速度快,实时性强,灵活性强,稳定性强,抗干
扰能力强,受环境影响较弱,并且系统升级非常方便。
1 数字成形电路设计数字成形电路设计
1.1 ADC电路设计
本设计选择ADI公司的AD9240,这是一款高精度高速低功耗ADC,采样率为10 MS/s,分辨率为14 bit,采用单电源+5 V供
电,最高功耗为285 mW。
ADC驱动电路如图1所示,0~5 V的输入信号通过由运放U1组成的阻抗匹配电路输入到ADC的正向输入管脚,运放U1采用单电
源供电。ADC的差分负向输入管脚通过电阻RS接入参考电压输出管脚。参考电压选择管脚接地,即选择芯片内部参考电压。
本文中的FPGA采用Altera公司的EP3C25Q24芯片,此芯片逻辑块总数为24 624个,内部存储区空间为608 256 bit,I/O口为
149个,内含132个9位乘法器和4个锁相环(PLL),内核采用1.2 V供电。
本系统采用Altera公司推出的QuartusII软件,利用VerilogHDL语言完成设计。通过逻辑框图的形式实现内部各子模块间的电气
连接,
由于FPGA无法进行大规模数学运算,因此,在本文中采用算法相对简单、乘除法运算次数相对较少的递归法进行数字脉冲处
理。
设计过程中,首先通过FPGA与高速ADC实现示波器的功能,即实现原始脉冲信号的在线采集,如图3所示,并保存到数据文
件。然后对采集到的脉冲数据进行MATLAB仿真处理,得到图4所示的结果。



















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