核電子學(xué)與核儀器-課件十五

核電子學(xué)與核儀器-課件十五上次課關(guān)鍵點(diǎn)本堂課主要內(nèi)容五、閃電型模數(shù)變換器六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及其測(cè)量

6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性

6.2模數(shù)變換器的微分非線性

6.3計(jì)數(shù)率特性

6.4道剖面五、閃電型模數(shù)變換器為了進(jìn)一步提高變換速度，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，近幾年又發(fā)展了一種閃電型模數(shù)變換器，簡稱FADC。閃電型模數(shù)變換器原理五、閃電型模數(shù)變換器閃電型模數(shù)變換是高速數(shù)字化的重要方法，可用來對(duì)波形進(jìn)行高速取樣，在高能物理實(shí)驗(yàn)中有不少應(yīng)用。但是，它的微分非線性很差，尤其在高計(jì)數(shù)率時(shí)，可達(dá)百分之幾十，所以不適合于精確的能譜測(cè)量。閃電型模數(shù)變換器的精度每增加1位，所需要的比較器就增加一倍。同時(shí)，閃電型模數(shù)變換器的性能在很大程度上還取決于這些比較器的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性的一致性。因此實(shí)現(xiàn)高精度的閃電型模數(shù)變換在技術(shù)上還有一定難度。五、閃電型模數(shù)變換器為了克服比較器太多的缺點(diǎn)，可用多陣列的方法。這種方法不是用一個(gè)并聯(lián)比較器陣列，而是分為幾個(gè)陣列。雙陣列閃電模數(shù)變換器五、閃電型模數(shù)變換器雙陣列閃電模數(shù)變換器電平示意圖六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性幅度響應(yīng)是模數(shù)變換器的一個(gè)基本特性。從模數(shù)變換器的幅度響應(yīng)可以求得變換系數(shù)、零點(diǎn)和積分非線性。測(cè)定模數(shù)變換器的幅度響應(yīng)關(guān)鍵在于精確的確定幅度Ai及其相應(yīng)的道址mi，但是由于模數(shù)變換器所變換的信號(hào)是在某個(gè)道寬大小內(nèi)的脈沖幅度，所以存在一個(gè)道寬大小的誤差。

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性道邊界法

以道址mi為自變量測(cè)定對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度Ai，一般以各道的下邊界作為該道道址mi所對(duì)應(yīng)的Ai，測(cè)得數(shù)據(jù)就是模數(shù)變換特性m=f(A)的結(jié)果。實(shí)際的道邊界存在噪聲、電源電壓抖動(dòng)等隨機(jī)干擾，所以道邊界是漲落的。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性峰位法

以信號(hào)幅度Ai為自變量測(cè)定對(duì)應(yīng)的道址mi。其原理是：在脈沖發(fā)生器輸出脈沖上疊加一定幅度的白噪聲，使得幅度具有一個(gè)分布。這樣的脈沖送到模數(shù)變換器中就會(huì)進(jìn)入模數(shù)變換器的若干道中，從而使輸出數(shù)字具有一個(gè)分布。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性峰位法

測(cè)量時(shí)應(yīng)該得到對(duì)稱的峰形。峰的寬度應(yīng)該使得0.1Nmax之間有10道左右。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量為了確定峰的確切位置，用線性內(nèi)插法先確定峰的左邊和右邊計(jì)數(shù)剛好等于0.1N’max處所對(duì)應(yīng)的道數(shù)mb和mh。每道的計(jì)數(shù)：最大求和數(shù)對(duì)應(yīng)mh-1道，峰位mp對(duì)應(yīng)于縱坐標(biāo)0.5N*max那點(diǎn)的橫坐標(biāo)再加0.5道。

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量用上述方法可測(cè)得道寬的穩(wěn)定性誤差，包括長時(shí)間工作穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性等。長時(shí)間穩(wěn)定性：溫度變化引起的道寬不穩(wěn)定：道寬不穩(wěn)定將會(huì)引起能譜形狀的變化，一般，影響峰位主要在高道址上。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性峰位法

零點(diǎn)是幅度響應(yīng)的截距。零點(diǎn)的穩(wěn)定性誤差與溫度誤差：零點(diǎn)的不穩(wěn)定會(huì)引起能譜峰位的移動(dòng)。它對(duì)低道址的峰位影響較大。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點(diǎn)和積分非線性峰位法

模數(shù)變換器的積分非線性：理想值與真實(shí)值之間的偏差為：積分非線性為：溫度變化六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量計(jì)算積分非線性的更精確方法可以用最小二乘法得到最佳擬合直線。實(shí)測(cè)N個(gè)點(diǎn)，可得六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量由此可得到積分非線性為：為了簡便，實(shí)際工作中往往用近似方法計(jì)算。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.2模數(shù)變換器的微分非線性模數(shù)變換器的微分非線性是指各道道寬偏離平均值的程度。各道道寬是一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布。為了測(cè)定各道道寬是否一致，利用脈沖幅度概率密度為常數(shù)的信號(hào)來進(jìn)行測(cè)量，這種信號(hào)經(jīng)過幅度數(shù)字變換后，在各道的計(jì)數(shù)就反映出道寬的均勻性。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.2模數(shù)變換器的微分非線性通常用周期性滑移脈沖發(fā)生器產(chǎn)生幅度線性變化的脈沖序列作為“白譜”信號(hào)?；泼}沖發(fā)生器的波形六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.2模數(shù)變換器的微分非線性滑移脈沖發(fā)生器的脈沖序列可表示為：單位幅度間隔內(nèi)的脈沖數(shù)：微分非線性DNL為：由各道計(jì)數(shù)偏差求得的各道道寬的相對(duì)偏差為：六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.2模數(shù)變換器的微分非線性模數(shù)變換器的微分非線性測(cè)量結(jié)果如圖所示。溫度變化引起微分非線性的變化，其結(jié)果可由下式來決定：以上測(cè)量中，應(yīng)使每道計(jì)數(shù)具有良好的統(tǒng)計(jì)精度，即各道計(jì)數(shù)要足夠大。但是滑移脈沖發(fā)生器的重復(fù)頻率有限，因此對(duì)于高道數(shù)的模數(shù)變換器，測(cè)量微分非線性需要很長的時(shí)間。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.2模數(shù)變換器的微分非線性實(shí)際測(cè)量中，模數(shù)變換器接受的是隨機(jī)脈沖，為了直接了解道寬偏差對(duì)于隨機(jī)性脈沖測(cè)量的影響?？捎秒S機(jī)性滑移脈沖進(jìn)行測(cè)定。隨機(jī)滑移脈沖發(fā)生器的脈沖序列不是周期性的，而是隨機(jī)的，所以各道計(jì)數(shù)平均值為時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為，大于此標(biāo)準(zhǔn)偏差的就是道寬不均勻及漲落的影響。直接從能譜中估計(jì)微分非線性的影響

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.3計(jì)數(shù)率特性模數(shù)變換器的計(jì)數(shù)率特性反映了輸入計(jì)數(shù)率增高時(shí)模數(shù)變換器特性的變化。通常用所測(cè)能譜的峰位移動(dòng)和分辨率變壞來衡量。模數(shù)變換器計(jì)數(shù)率特性測(cè)量框圖六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.3計(jì)數(shù)率特性一般，在整個(gè)能譜測(cè)量系統(tǒng)中，由計(jì)數(shù)率變化引起峰位移動(dòng)和分辨率變壞的主要因素是放大器。在計(jì)數(shù)率高時(shí)，放大器產(chǎn)生的脈沖堆積和基線漂移較嚴(yán)重，而模數(shù)變換器中的直流耦合的影響要比放大器小。在實(shí)際系統(tǒng)中要研究的主要是放大器的計(jì)數(shù)率特性問題。如果要測(cè)定模數(shù)變換器本身的計(jì)數(shù)率特性就要求在它前面的電路有比它更好的計(jì)數(shù)率特性，這通常是很難做到的。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.4道剖面道剖面又稱道輪廓，是反映道邊界統(tǒng)計(jì)漲落大小的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。實(shí)際模數(shù)變換器由于噪聲、電源電壓漲落等而存在統(tǒng)計(jì)漲落，因此道邊界不是一個(gè)恒定不變的邊界線。理想道邊界實(shí)際道邊界六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.4道剖面假設(shè)道邊界的分布是高斯分布，則道寬同樣是一個(gè)高斯分布。對(duì)于恒定邊界，則恒定道邊界統(tǒng)計(jì)漲落道邊界

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測(cè)量6.4道剖面道剖面的平坦部分所占的比例常用來衡量模數(shù)變換器道寬的性能。若平坦