基才数字电位计的X射线探测器偏压调节-论文.pdf

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1、第23卷第14期电子设计工程2015年7月V01．23No．14ElectronicDesignEngineeriJu1．2015基才数字电位计的x射线探测器偏压调节倪建军，董龙，郑先国，王建宇(北京空间机电研究所北京100094)摘要：针对某X射线探测器输出信号增益需不断调节以满足后续信号采集电路的输入范围，其偏置电压需要精细调节．文章采用数字电位计和FPGA设计了X射线探测器偏置电压调节系统。阐述了所选数字电位计的参数、特点及内部结构．在此基础上给出了系统的设计方案。文章中FPGA采用SPI通信方式对数字电位计进

2、行配置实现电阻100Kn共256档的调节．最终给出实际测试结果，验证了采用数字电位计实现偏压调节的灵活性。关键词：X射线探测器：反向偏压调节；数字电位计；SPI；FPGA中图分类号：TM547：TN366文献标识码：A文章编号：1674—6236(2015)14—0o80—04ThereversebiasvoltageaajustmentforanX·raydetectorbasedondi【gitalpotentiometerNIJian-jun，DONGLong，ZHENXian·guo，WANGJian—yu(

3、BeijingInstituteof却o~eMechanics&Electric，Beijing100094，China)AbsWa~：ForacertaintypeofX-raydetector，outputsignalgainshouldbeadjustedcontinuouslytomatchinputrangeofsubsequentsignalacquisitioncircuits．Therefore，thereversebiasvoltageofthedetectorrequiresfineadjustm

4、ent．AdigitalpotentiometerandanFPGAareemployedtodesignanX-raydetectorreversebiasvoltageregulatingsysteminthispaper．Parametersandcharacteristicsofthesystemareintroduced．Internalstructureoftheselecteddigitalpotentiometerispresented，anddesignschemeofthesystemisprop

5、osed．AnSPIcommunicationprotocolisappliedintheFPGAtoconfiguredigitalpotentiometeroutputbyaresisteroflOOkl~torealize256-positionadjustment．Testresultsshowthattheflexibilityofreversebiasvoltageadjustmentcanbeobtainedinthedigitalpotentiometer．Keywor~：X-raydetector；

6、reversebiasvoltageadjustment；digitalpotentiometer；SPI；FPGA某X射线探测器内部结构为Si雪崩二极管(Avalanche电阻数模转换电路构成．RDAC位数越高、相应的电阻相对分Photo—diode，APD)t”，其利用光电效应将入射光信号转变为辨率就越高，系统选用8bit，可实现256档的电阻调节。主要半导体器件内的光电子．在此基础上，利用反向偏压产生的参数如下：雪崩击穿原理对光电子进行雪崩式放大。从而激发很强的雪1)电阻调节范围：60Q一100kQ；崩电流12

7、1。由于探测器实际中要工作于临界雪崩状态，所以需2)输出电阻容差：8％(最大值)；要对探测器的反向偏置电压进行精细调节，另一方面也需要3)最小可调节电阻：390Q：对每个探测器进行单独调整。4)当VSS=0V，VDD供电范围为2-3—5．5V，文章采用数子电位计进行偏压的精细调节，数字电位计当VSS=2．25-2．75V时，VDD=2．25～2．75V；是一种利用数字信号控制输出电阻值变化的元器件，较传统5)VLOIGC供电范围为1．8—5．5V；的机械式电位计有耐冲击、尺寸封装小、调节准确方便、性能6)低功耗、工作

8、温度范围宽、封装小(3mm×3mm)；稳定、可编程、接口丰富、应用领域广等优点[3-71，文章选用数7)与微处理器接口方式灵活：I2C接1：3、SPI接口；字电位计AD5141可实现输出端电阻60Q～100kQ调节，从8)兼容多个同系列产品，可级联使用等。而调整外部DC—DC模块输出电压在80～200V变化。其中，表1为AD5141主要引脚功能