核電子學與核儀器-課件十五

核電子學與核儀器-課件十五上次課關(guān)鍵點本堂課主要內(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)性能及其測量

6.1模數(shù)變換器的道寬、零點和積分非線性

6.2模數(shù)變換器的微分非線性

6.3計數(shù)率特性

6.4道剖面五、閃電型模數(shù)變換器為了進一步提高變換速度，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進步，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，可用來對波形進行高速取樣，在高能物理實驗中有不少應(yīng)用。但是，它的微分非線性很差，尤其在高計數(shù)率時，可達百分之幾十，所以不適合于精確的能譜測量。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，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)、動態(tài)特性的一致性。因此實現(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，可用多陣列的方法。這種方法不是用一個并聯(lián)比較器陣列，而是分為幾個陣列。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)性能及測量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點和積分非線性幅度響應(yīng)是模數(shù)變換器的一個基本特性。從模數(shù)變換器的幅度響應(yīng)可以求得變換系數(shù)、零點和積分非線性。測定模數(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是在某個道寬大小內(nèi)的脈沖幅度，所以存在一個道寬大小的誤差。

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

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

以信號幅度Ai為自變量測定對應(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，使得幅度具有一個分布。這樣的脈沖送到模數(shù)變換器中就會進入模數(shù)變換器的若干道中，從而使輸出數(shù)字具有一個分布。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點和積分非線性峰位法

測量時應(yīng)該得到對稱的峰形。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數(shù)剛好等于0.1N’max處所對應(yīng)的道數(shù)mb和mh。每道的計數(shù)：最大求和數(shù)對應(yīng)mh-1道，峰位mp對應(yīng)于縱坐標0.5N*max那點的橫坐標再加0.5道。

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量用上述方法可測得道寬的穩(wěn)定性誤差，包括長時間工作穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性等。長時間穩(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)性能及測量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點和積分非線性峰位法

零點是幅度響應(yīng)的截距。零點的穩(wěn)定性誤差與溫度誤差：零點的不穩(wěn)定會引起能譜峰位的移動。它對低道址的峰位影響較大。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量6.1模數(shù)變換器的道寬、零點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)性能及測量計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。實測N個點，可得六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量由此可得到積分非線性為：為了簡便，實際工作中往往用近似方法計算。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量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。各道道寬是一個統(tǒng)計分布。為了測定各道道寬是否一致，利用脈沖幅度概率密度為常數(shù)的信號來進行測量，這種信號經(jīng)過幅度數(shù)字變換后，在各道的計數(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?；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：由各道計數(shù)偏差求得的各道道寬的相對偏差為：六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量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：以上測量中，應(yīng)使每道計數(shù)具有良好的統(tǒng)計精度，即各道計數(shù)要足夠大。但是滑移脈沖發(fā)生器的重復(fù)頻率有限，因此對于高道數(shù)的模數(shù)變換器，測量微分非線性需要很長的時間。六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量6.2模數(shù)變換器的微分非線性實際測量中，模數(shù)變換器接受的是隨機脈沖，為了直接了解道寬偏差對于隨機性脈沖測量的影響?？捎秒S機性滑移脈沖進行測定。隨機滑移脈沖發(fā)生器的脈沖序列不是周期性的，而是隨機的，所以各道計數(shù)平均值為時，標準偏差為，大于此標準偏差的就是道寬不均勻及漲落的影響。直接從能譜中估計微分非線性的影響

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

六、模數(shù)變換器的主要技術(shù)性能及測量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