專利名稱:單板機(jī)多道脈沖分析器的制作方法
單板機(jī)多道脈沖分析器屬于實(shí)驗(yàn)核物理和核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
目前國際上微機(jī)化多道分析器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。國產(chǎn)多道分析器通常使用很多硬件組成，其可靠性差，價(jià)格也高。由于容易掉道，對(duì)工作環(huán)境條件的要求相當(dāng)苛刻。
為了提高多道分析器的穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性，提高設(shè)備的性能/價(jià)格比;其次，為了克服大型硬件多道的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的弱點(diǎn)，我們盡可能采用集成電路，使裝置的邏輯結(jié)構(gòu)合理化、簡單化，從而實(shí)現(xiàn)小型化、便攜式。
圖1是多道分析器的總相圖。
圖2是圖1中脈沖峰值保持與探測電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是圖2中展寬器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖4是MCS放大成形線路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本發(fā)明的技術(shù)解決方案是整個(gè)系統(tǒng)由中央控制裝置(單板機(jī)以下簡稱中控);加上接口電路構(gòu)成。接口電路中有兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換電路，為多道分析方式之一-MCS方式服務(wù)的放大成形電路和構(gòu)成PHA分析方式的脈沖峰值保持與探測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)要求多道工作在MCS分析方式(多定標(biāo)分析方式)時(shí)，脈沖信號(hào)由圖中MCSIN端輸入，經(jīng)放大成形電路后接入單板機(jī)中CTC的某一通道入口。當(dāng)多道工作在PHA分析方式時(shí)，脈沖信號(hào)由PHA IN端入，經(jīng)脈沖峰值保持與探測電路后接入A/D轉(zhuǎn)換電路，再通過單板機(jī)的總線接入單板機(jī)。以上兩種方式工作時(shí)，可同時(shí)利用兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換顯示電路顯示所獲取的數(shù)據(jù)(譜)于示波器屏幕上。單板機(jī)數(shù)據(jù)總線和一些控制線都接入兩個(gè)D/A電路，圖中上面和下面兩個(gè)D/A電路的輸出分別接到示波器的Y軸和X軸上。當(dāng)多道工作在PHA分析方式時(shí)，脈沖信號(hào)從PHA IN端接入線性門，再接入展寬器，展寬器輸出的脈沖峰值保持信號(hào)又接入圖1中所示A/D轉(zhuǎn)換電路中A/D集成芯片的IN腳(圖2中標(biāo)為A/D IN)。從展寬器輸出的另一路脈沖峰值探測信號(hào)接入電平移動(dòng)電路再接入成形電路Ⅱ再接入圖1中所示A/D轉(zhuǎn)換電路中A/D集成芯片的START腳(圖2中標(biāo)為A/D START)。電平移動(dòng)電路的另一路輸出接入延遲成形電路再接入放電門再接到展寬器與電容〔C〕的連接點(diǎn)上。放電門有一接地端，展寬器通過一電容〔C〕接地。電平移動(dòng)電路還有一路輸出接入成形電路I再接入線性門。
圖2和圖3兩圖中所標(biāo)出的各引出或引入端的名稱是一一對(duì)應(yīng)的?！睧PD IN〕意為展寬器輸入端，〔PKD OUT〕意為脈沖峰值探測信號(hào)輸出端。從線性門輸出的脈沖信號(hào)輸入圖〔2〕中所示的展寬器中的運(yùn)算放大器〔Ⅰ〕(以下簡稱運(yùn)放，見圖3)的同相端，其反相端接到運(yùn)放〔Ⅱ〕的反相端接到運(yùn)放〔Ⅱ〕的反相端和A/D IN。運(yùn)放〔Ⅰ〕的輸出端接二極管〔D1〕的正極再接入運(yùn)放〔Ⅱ〕的同相端。運(yùn)放〔Ⅱ〕的同相端又接保持電容〔C1〕和放電門三極管的集電極(圖3中來畫出放電門中的三極管)。運(yùn)放〔Ⅰ〕的輸出端又接二極管〔D2〕的負(fù)極。此二極管〔D2〕的正極經(jīng)過兩電阻〔R1〕和〔R2〕串聯(lián)接地。電阻〔R1〕和〔R2〕之間點(diǎn)接出一線為PKD OUT端接到圖〔2〕中所示電平轉(zhuǎn)移電路。
圖4是當(dāng)多道工作在MCS分析方式時(shí)所用到的放大成形電路。脈沖信號(hào)從〔MCS IN〕端，即〔Ⅲ〕的10腳輸入，觸發(fā)其中單穩(wěn)態(tài)電路，其成形時(shí)間與〔R3〕和〔C1〕有關(guān)，成形脈沖從〔Ⅲ〕的5腳輸出再接入中控(單板機(jī))中的〔CTC〕的〔22〕腳(其通道1的輸入端;也可以其他通道〕，以供計(jì)數(shù)之用。
總之，本發(fā)明的技術(shù)解決方案參照上述三個(gè)圖。是由一臺(tái)中控(單板機(jī))加上一接口電路(采用單插寬NIM插件)組成。接口電路主要由脈沖峰值保持與探測電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換顯示電路，脈沖放大成形電路組成。它有兩個(gè)輸入通道〔PHA IN〕和〔MCS IN〕，具有多道脈沖分析器的兩項(xiàng)主要功能即PHA分析方式和MCS分析方式。
下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖5、圖6所給即一個(gè)具體實(shí)施的電路圖。其中除了沒有微打和錄音機(jī)以外，完全對(duì)應(yīng)于圖1。圖4是對(duì)應(yīng)于圖1中的放大成形電路的具體化。圖5對(duì)應(yīng)于圖1中的脈沖峰值探測與保持電路。圖6對(duì)應(yīng)于圖1中的A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A(X)轉(zhuǎn)換顯示電路、D/A(Y)轉(zhuǎn)換顯示電路及中控(單板機(jī))。現(xiàn)將其結(jié)合前面三個(gè)圖，即圖1、2、3具體說明一下實(shí)施過程。我們按圖1所示各部分電路分別加以說明。
1.脈沖峰值保持與探測電路(圖5所示)。將圖5、3、2這三個(gè)圖結(jié)合起來看。這部分電路是由BG313B集成運(yùn)放(對(duì)應(yīng)于圖3中的運(yùn)放〔Ⅰ〕)和5G28運(yùn)放(對(duì)應(yīng)于圖3中的運(yùn)放〔Ⅱ〕)等器件連接構(gòu)成的負(fù)反饋展寬器;以兩個(gè)3CK2B和兩個(gè)3DG8C三極管為主體構(gòu)成的差動(dòng)式線性門;以一個(gè)3DJ2G場效應(yīng)管、兩個(gè)3CK2B三極管和一片T082B芯片為主構(gòu)成的電平移動(dòng)電路;以兩片SD74123A芯片為主構(gòu)成的兩個(gè)成形電路(成形電路〔Ⅰ〕和〔Ⅱ〕)和一個(gè)延遲成形電路這幾大部分，分別相應(yīng)于圖2中的各方框。整個(gè)脈沖峰值保持與探測電路的時(shí)間配合如下設(shè)一輸入脈沖信號(hào)自〔PHA IN〕進(jìn)入，由于線性門常開，因此此信號(hào)就直接通過線性門到達(dá)BG313B的第5腳(圖3中的〔EPD IN〕)，展寬器探測到脈沖信號(hào)的峰值并將此峰值電平保持約70μs的時(shí)間，以保證A/D轉(zhuǎn)換電路中A/D芯片對(duì)此峰值電平的轉(zhuǎn)換。同時(shí)輸出的峰值探測信號(hào)〔PKD OUT〕加到電平轉(zhuǎn)移電路中的3DJ2G場效應(yīng)管的柵極，在3DJ2G右邊第二個(gè)3CK2B管的發(fā)射極處得一TTL電平的負(fù)跳變脈沖，此負(fù)跳變經(jīng)To82B倒相由其24、6三腳得到三個(gè)同樣的正跳變，分別將其微分得正尖脈沖而放棄負(fù)尖脈沖(圖5中To82B左邊的微分電路和二極管所為)。這三個(gè)正尖脈沖作為觸發(fā)信號(hào)分別去觸發(fā)兩個(gè)成形電路和一個(gè)延遲成形電路。圖5中對(duì)應(yīng)于圖5中的成形電路〔Ⅰ〕的部分的輸入和輸出端分別為左邊一個(gè)SD74123A的2腳和13腳，圖5中對(duì)應(yīng)于圖2中的成形電路〔Ⅱ〕的部分的輸入和輸出端分別為左邊的SD74123A的10腳和5腳，圖5中對(duì)應(yīng)于圖〔2〕中的延遲成形電路的部分的輸入和輸出端分別為右邊的SD74123A的10腳和13腳。放電門主要對(duì)應(yīng)于5G28左邊的那個(gè)3DK8CJ管。成形電路〔Ⅰ〕的成形時(shí)間約為70μs，其輸出作為關(guān)門信號(hào)，線性門從上述那個(gè)PHA IN輸入脈沖信號(hào)到達(dá)峰值時(shí)刻稍后一點(diǎn)就開始關(guān)門，此后70μs之內(nèi)輸入〔PHA IN〕的其他任何脈沖信號(hào)都被關(guān)在門外損失掉，不予采集，以保證展寬內(nèi)維持正常的脈沖峰值電平而不受干擾。所以關(guān)門時(shí)間即死時(shí)間為70μs左右。將圖2、56結(jié)合起來看，成形電路〔Ⅱ〕的成形時(shí)間約為0.5μs，輸出的成形脈沖自圖5中左邊的SD74123A之5腳出再接入圖〔4〕中所示ADC0809的6腳(即圖〔2〕中所標(biāo)〔A/D START〕腳)。這個(gè)信號(hào)的前沿使A/D清零，后沿是命令A(yù)/D芯片對(duì)從展寬器的脈沖峰值保持信號(hào)的輸出端，5G28的7腳引至ADC0809的26腳(A/D IN)的峰值保持電平開始實(shí)施變換。A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間約小于70μs，故前述保持信號(hào)寬度約為70μs較A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間稍長些以保證得到正確的變換結(jié)果。延遲成形電路是先利用圖〔5〕中右邊SD74123A芯片中的一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路成形一個(gè)約65μs寬的負(fù)矩形波，其下降沿對(duì)應(yīng)于PHA 1N脈沖到達(dá)峰時(shí)刻，而利用其約65μs以后的上升沿再觸發(fā)此SD74123A芯片中另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路成形一個(gè)約3μs寬的正矩形波脈沖由13腳出引至5G28左邊的3DK8CJ的基極使此三極管飽和導(dǎo)通，泄放掉保持電容〔C〕(對(duì)應(yīng)于圖〔5〕中所標(biāo)3DK8CJ左邊的1000P的電容)上儲(chǔ)存的電荷。放電正脈沖的前沿時(shí)刻對(duì)應(yīng)于脈沖峰值保持信號(hào)的后沿時(shí)刻。以上將圖2、3、5、6結(jié)合起來詳細(xì)描述了脈沖峰值保持與探測電路內(nèi)部各具體部分工作時(shí)在時(shí)間上的邏輯關(guān)系。當(dāng)運(yùn)放〔Ⅰ〕采用BG313B時(shí)由于其速度有限，故要求輸入脈沖信號(hào)前沿上升時(shí)間大于1μs。
2.A/D轉(zhuǎn)換電路。將圖1、5、6對(duì)照起來看。這部分電路的主要構(gòu)成器件為圖6中上半部分所畫出ADC0809和中控(單板機(jī))上邊的SD74123A、T076和SD121A。接前述，ADC0809芯片自〔PHA IN〕脈沖峰值時(shí)刻稍后開始對(duì)輸入A/D IN腳(26腳)的脈沖峰值展寬信號(hào)進(jìn)行變換，將模擬電平變換為數(shù)字量，用了約65μs的時(shí)間。在這65μs中ADC0809的7腳(EOC，即轉(zhuǎn)換結(jié)束)輸出一與A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間相等寬度的負(fù)矩形脈沖，利用其后面的上升沿輸入SD74123A的2腳作為觸發(fā)信號(hào)在其4腳成形出一負(fù)矩形脈沖接入中控(Z-80單板機(jī))的中斷請(qǐng)求輸入端
INT向中控中的CPU提出中斷申請(qǐng)，要求CPU來讀入ADC0809的輸出端口DO7-DO0(21、20、19、18、8、15、14、17共8腳)的數(shù)字量信息。中控(Z-80單板機(jī))響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，服務(wù)于中斷程序使
PS6和
I/OR兩輸出信號(hào)同時(shí)為低電平(即有效電平)，此兩信號(hào)分別經(jīng)SD121A的9、10兩腳接入SD121A。SD121A集成芯片中有四個(gè)二輸入端或非門，其9、10兩腳是其中一個(gè)或非門的兩個(gè)輸入端，此或非門的輸出端為8腳。僅當(dāng)PS6和I/OR均為低電平時(shí)，其8腳才為高電平。此正脈沖接入ADC0809芯片的9腳(OE，即輸出允許端)，表示中控(單板機(jī))允許ADC0809將已轉(zhuǎn)換好的鎖存在其內(nèi)部鎖存器中的數(shù)字量放到其輸出端口，即其8條輸出數(shù)據(jù)線腳上，也即放到數(shù)據(jù)總線上。然后讀入累加器A，并以此讀入的數(shù)據(jù)為道址，將對(duì)應(yīng)于此道址的中控(單板機(jī))中的RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)中相應(yīng)單元的計(jì)數(shù)加1。到此就完成了一個(gè)數(shù)據(jù)的獲取的全過程。
為了進(jìn)一步簡化電路結(jié)構(gòu)，在模擬電路部分盡可能采用集成電路;在數(shù)字電路部分，也采取了兩個(gè)措施①模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)和二只數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(D/A)皆直跨數(shù)據(jù)總線。省去PIO接口片。②在達(dá)到滿意的性能指標(biāo)下，省去滑尺電路。
為了提高獲取數(shù)據(jù)的效率，減少死時(shí)間，我們又將ADC芯片的時(shí)鐘頻率由ADC0809額定的500KHz提高到1MHz，從而使A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間由額定的100μs，縮短到約小于65μs，進(jìn)而將由于關(guān)線性門導(dǎo)致的死時(shí)間由約大于100μs縮短到約70μs。這是本A/D轉(zhuǎn)換電路的另一特點(diǎn)。ADC芯片的時(shí)鐘信號(hào)由2MHz的中控(單板機(jī))時(shí)鐘經(jīng)圖6中所示的T076芯片二分頻后得到，從T076的6腳引入ADC0809的9腳(φ)。
3.D/A轉(zhuǎn)換顯示電路。請(qǐng)參見圖1、5、6。這部分電路的主要構(gòu)成器件是兩片DAC0832、兩片F(xiàn)007B和圖〔6〕中中控(單板機(jī))下面的SD121A和T082B。由于T082B中有八個(gè)非門，因此圖5和圖6中的T082B實(shí)際上是同一個(gè)。
4.MCS分析方式中對(duì)輸入脈沖信號(hào)的放大成形電路、參見前面關(guān)于圖4的說明。
5.中控(單板機(jī))的數(shù)據(jù)輸入輸出。
中控(單板機(jī))的實(shí)用程序可固化在EPROM中，也可用錄音機(jī)將磁帶上已錄好的實(shí)用程序輸入到RAM中，也可直接通過鍵盤輸入。測量結(jié)果可用微打和錄音機(jī)輸出。示波器可連續(xù)顯示測量過程中漸變的譜形圖象，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和較精確地調(diào)試儀器。
6.電源本實(shí)施例的電路需用±24V、±12V、±6V、+5V共七種電壓的電源。
效果鑒于以上陳述，由于采取了某些簡化電路的措施，并且選用以集成芯片為主構(gòu)成電路，不僅使此種多道分析器成本低、價(jià)格便宜，而且大大提高了其可靠性、可維護(hù)性，性能指標(biāo)也相當(dāng)優(yōu)越，總之性能/價(jià)格比有較大提高。
此多道分析器具有通常多道分析最常見的兩種分析方式，即PHA和MCS，其技術(shù)指標(biāo)如下(一)PHA方式1.道數(shù)2562.幅度分析范圍0-5V3.道寬20mV4.道寬穩(wěn)定性8小時(shí)漂移不超過1道5.A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間＜70μs6.微分非線性＜1%7.積分非線性＜±0.2%8.輸入脈沖前沿上升時(shí)間≥1μs
9.外形尺寸單插寬NIM插件加上中控(單板機(jī)，TP-801)10.可示波器顯示，可帶微打、錄音機(jī)。
(二)MCS方式道數(shù)256或512。
權(quán)利要求
1.一種多道分析器，由中央控制裝置[108]、A/D轉(zhuǎn)換電路和其它接口電路組成，本發(fā)明的特征是接有中央控制裝置[108]，而且峰值保持與探測電路(包括線性門、電平移動(dòng)電路、成形電路、放電門)的展寬器由運(yùn)算放大器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的儀器，其特征是由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成展寬器，其連接方式如下述線性門接入運(yùn)放〔Ⅰ〕的同相端，反相端接入運(yùn)放〔Ⅱ〕的反相端接入〔A/D 1N〕，運(yùn)放〔Ⅰ〕的輸出端接二極管〔D1〕的正極后再與運(yùn)放〔Ⅱ〕的同相端接，運(yùn)放〔Ⅱ〕的同相端又并聯(lián)接入保持電容〔C〕和放電門的三極管的集電極，運(yùn)放〔Ⅰ〕又通過輸出端接二極管〔D2〕的負(fù)極，此二極管〔D2〕的正極經(jīng)過兩電阻〔R1〕、〔R2〕接地，電阻〔R1〕、〔R2〕之間抽一線接入電平轉(zhuǎn)移電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的儀器，其特征在于放大成形電路〔Ⅰ〕、放大成形電路〔Ⅱ〕是由單穩(wěn)態(tài)集成芯片組成的電路，線性門由兩對(duì)差分放大器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的儀器，其特征在于電平移動(dòng)電路由一只場效應(yīng)放大管和二只三極管放大電路組成，放電門是一三極管構(gòu)成的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的儀器，其特征在于可以連接多定標(biāo)分析方式的輸入口〔M CS IN〕，其連接方式如下脈沖信號(hào)從〔MCS IN〕端輸入經(jīng)過放大成形電路，再直接接入中央控制裝置的〔CTC〕的某一通道的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的儀器，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換電路的時(shí)鐘信號(hào)由2MHz的中控時(shí)鐘經(jīng)二分頻器〔To76〕后得到。
專利摘要
屬于實(shí)驗(yàn)核物理和核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的單板機(jī)多道脈沖分析器，是核物理應(yīng)用技術(shù)的常用儀器。微機(jī)化多道脈沖分析器價(jià)格昂貴，硬件組成的多道脈沖分析器可靠性差，不易維護(hù)。為了得到一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性、可靠性、性能/價(jià)格比都高的攜帶方便的多道脈沖分析器，本發(fā)明提出了由運(yùn)算放大器組成的展寬器的峰值保持與探測電路，A/D轉(zhuǎn)換電路的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以是額定的一倍。本發(fā)明具有MCS和PHA兩種分析方式。
文檔編號(hào)G01R29/02GK85102585SQ85102585
公開日1987年4月8日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者孫繼英, 戴國歡, 王芝英, 劉其盛, 朱忠良, 吳明陽 申請(qǐng)人:南京大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan