搜索

粒子探测器读出电路数字滤波器设计

gecimao 发表于 2019-04-13 15:52 | 查看: | 回复:

  的结构设计,把算法分解成四个小模块以降低设计难度,从所需要的运算资源、存储资源以及是否会产生溢出或者是较大的截断误差等方面来考虑,为每个模块选取合适的结构,还实现了延迟单元数可调的延迟模块的设计,以适应不同的噪声环境,最终实现了滤波器的整体结构。

  粒子探测系统是用于获取基本粒子的能量或时间等信息的信号采集、处理系统,广泛应用于高能物理、核物理、深空探测等辐射检测中,是粒子物理等基础学科研究的主要实验装置,同时普遍存在于核医学、交通安保等应用核技术的生产生活领域。粒子探测器读出电路是核电子学中很重要的一类电路系统,它读取来自核探测器的电荷信号,通过处理得到入射粒子的能量、时间和位置信息 [1]。

  由于数字电路的发展,在上世纪九十年代,人们基于数字信号处理技术提出了新的脉冲能谱分析技术和系统,基于数字信号处理的读出电路最大的好处在于其能更灵活地综合成各种最佳滤波器,从而达到最高的信躁比,得到更好的能量分辨率[2],而这些滤波器有些是很难或者是不可能通过模拟电路实现的。

  梯形滤波成形算法,是将输入的阶跃信号或者指数衰减信号成形为梯形脉冲输出,当只考虑电压噪声和电流噪声时,且探测器电荷的收集时间不为零时,已经证明,梯形滤波器是最优滤波器[3],并且适合用数字方法实现 [4]。本文给出了一种数字梯形滤波器的优化的结构设计方法。

  针对读出电路前置放大器输出为指数衰减的情形,数字梯形滤波器的原理如图1所示,它是将指数衰减的输入信号转换为梯形脉冲,其传递函数如下式所示。

  其中,F为输入指数信号的衰减时间常数;()sFexpBt=为离散化参数,G为梯形滤波器的增益;梯形的上升沿宽度为k,上升沿与平顶宽度之和为l,因此平顶宽度为l-k。ts为对系统的采样周期。实际使用中, 由前放反馈回路RF-CF的值或实验预先确定,斜边长度k由噪声特性确定,所以必须根据不同的噪声环境调整斜边长度k,而平顶宽度则取决于探测器的电荷收集时间tC(前放输出上升时间)[5]。

  这样分解的目的是降低了系统设计的复杂度,对整个滤波器采用一种结构形式来实现是不可能的,而且需要的运算资源太多,很难找到最优的结构,所以一般采用简单的子模块并联或者是级联的方法来实现复杂的滤波器的结构。多个子模块级联存在一个级联顺序的问题,一般来说,要求出最佳配对和级联次序是很难的,但是可以通过遵循一些简单的规则就几乎可以得到好的结果,这些规则主要是为了避免具有高的峰值增益的子系统,因为它们可能会引起溢出,并且可能把量化噪声扩大[6]。在我们这个具体应用中,()1Hz的输出是会产生溢出,但是经过分析这个溢出对运算结果没有影响,所以可以把()1Hz安排在第一级,而为了避免剩下的积分单元产生溢出,把积分单元()4Hz安排在最后一级,其他两个的模块的结构一样,先后次序没什么影响,这样,确定了梯形滤波器各个子模块的次序。

本文链接:http://maxavm.net/duchudianlu/12.html
随机为您推荐歌词
推荐文章

联系我们 | 关于我们 | 网友投稿 | 版权声明 | 广告服务 | 站点统计 | 网站地图

版权声明:本站资源均来自互联网,如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

Copyright @ 2012-2013 织梦猫 版权所有  Powered by Dedecms 5.7
渝ICP备10013703号  

回顶部