核电子学与核仪器第15课模数变换及技术性能ppt课件.ppt

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1、核电子学与核仪器本堂课主要内容五、闪电型模数变换器六、模数变换器的主要技术性能及其测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性6.2模数变换器的微分非线性6.3计数率特性6.4道剖面五、闪电型模数变换器为了进一步提高变换速度，随着大规模集成电路技术的进步，近几年又发展了一种闪电型模数变换器，简称FADC。闪电型模数变换器原理五、闪电型模数变换器闪电型模数变换是高速数字化的重要方法，可用来对波形进行高速取样，在高能物理实验中有不少应用。但是，它的微分非线性很差，尤其在高计数率时，可达百分之几十，所以不适合于精确的能谱测量。闪电型模数变换器的精度每增加1位，

2、所需要的比较器就增加一倍。同时，闪电型模数变换器的性能在很大程度上还取决于这些比较器的静态、动态特性的一致性。因此实现高精度的闪电型模数变换在技术上还有一定难度。五、闪电型模数变换器为了克服比较器太多的缺点，可用多阵列的方法。这种方法不是用一个并联比较器阵列，而是分为几个阵列。双阵列闪电模数变换器五、闪电型模数变换器双阵列闪电模数变换器电平示意图六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性幅度响应是模数变换器的一个基本特性。从模数变换器的幅度响应可以求得变换系数、零点和积分非线性。测定模数变换器的幅度响应关键在于精确的确定幅

3、度Ai及其相应的道址mi，但是由于模数变换器所变换的信号是在某个道宽大小内的脉冲幅度，所以存在一个道宽大小的误差。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性道边界法以道址mi为自变量测定对应的信号幅度Ai，一般以各道的下边界作为该道道址mi所对应的Ai，测得数据就是模数变换特性m=f(A)的结果。实际的道边界存在噪声、电源电压抖动等随机干扰，所以道边界是涨落的。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性峰位法以信号幅度Ai为自变量测定对应的道址mi。其原理是：在脉冲发生器输出脉冲上叠加一定幅

4、度的白噪声，使得幅度具有一个分布。这样的脉冲送到模数变换器中就会进入模数变换器的若干道中，从而使输出数字具有一个分布。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性峰位法测量时应该得到对称的峰形。峰的宽度应该使得0.1Nmax之间有10道左右。六、模数变换器的主要技术性能及测量为了确定峰的确切位置，用线性内插法先确定峰的左边和右边计数刚好等于0.1N’max处所对应的道数mb和mh。每道的计数：最大求和数对应mh-1道，峰位mp对应于纵坐标0.5N*max那点的横坐标再加0.5道。六、模数变换器的主要技术性能及测量用上述方法可

5、测得道宽的稳定性误差，包括长时间工作稳定性、温度稳定性等。长时间稳定性：温度变化引起的道宽不稳定：道宽不稳定将会引起能谱形状的变化，一般，影响峰位主要在高道址上。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性峰位法零点是幅度响应的截距。零点的稳定性误差与温度误差：零点的不稳定会引起能谱峰位的移动。它对低道址的峰位影响较大。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性峰位法模数变换器的积分非线性：理想值与真实值之间的偏差为：积分非线性为：温度变化六、模数变换器的主要技术性能及测量计算积分非线性的更精

6、确方法可以用最小二乘法得到最佳拟合直线。实测N个点，可得六、模数变换器的主要技术性能及测量由此可得到积分非线性为：为了简便，实际工作中往往用近似方法计算。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.2模数变换器的微分非线性模数变换器的微分非线性是指各道道宽偏离平均值的程度。各道道宽是一个统计分布。为了测定各道道宽是否一致，利用脉冲幅度概率密度为常数的信号来进行测量，这种信号经过幅度数字变换后，在各道的计数就反映出道宽的均匀性。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.2模数变换器的微分非线性通常用周期性滑移脉冲发生器产生幅度线性变化的脉冲序列作为“白谱”信号。滑移

7、脉冲发生器的波形六、模数变换器的主要技术性能及测量6.2模数变换器的微分非线性滑移脉冲发生器的脉冲序列可表示为：单位幅度间隔内的脉冲数：微分非线性DNL为：由各道计数偏差求得的各道道宽的相对偏差为：六、模数变换器的主要技术性能及测量6.2模数变换器的微分非线性模数变换器的微分非线性测量结果如图所示。温度变化引起微分非线性的变化，其结果可由下式来决定：以上测量中，应使每道计数具有良好的统计精度，即各道计数要足够大。但是滑移脉冲发生器的重复频率有限，因此对于高道数的模数变换器，测量微分非线性需要很长的时间。六、模数变换器的主要技术性能及测量6.2模数变换器的

8、微分非线性实际测量中，模数变换器接受的是随机脉冲，为了直接了解道宽偏差对于随机性