基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的设计与实现

发布时间：2022-01-13 02:02

　　多道脉冲幅度分析器是射线能谱测量的关键技术和重要组成部分。随着电子技术的不断兴起,尤其是ADC模数转换芯片和集成电路的快速发展,能谱测量技术正朝着数字化的方向迈进。本设计的目的是实现基于FPGA技术的数字化多道脉冲幅度分析器,能够将探测器输出的随机快速的模拟核脉冲信号通过高采样率的ADC芯片进行全波形采样和模数转换,获取量化后的数字核信号,并对其进行阈值判别和数字信号寻峰等算法后,获得核能谱。本设计包括硬件电路和软件程序两部分的内容。硬件电路包含模拟电路、数字电路和电源电路三个部分。模拟电路完成的主要任务是对核探测器输出的核脉冲信号进行驱动放大处理,满足后续ADC模数转换芯片对输入信号的要求,高速ADC模数转换芯片AD9224完成对核脉冲信号的采样,采样频率为40MSPS;数字电路以FPGA器件EP3C40Q240C8为数字信号微处理器,完成对量化的脉冲信号的幅值提取、谱数据保存、谱线读取和与上位机的数据通信等功能。电源转换电路解决整个系统的供电问题,将输入的+7⁺12V直流电压转换为电路需要的1.2V、2.5V、3.3V和±5V电压。软件程序设计平台为Quart... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 选题背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 研究内容及其创新点
    1.4 论文章节安排
第2章 探测器与核脉冲信号
    2.1 探测器工作原理
    2.2 核脉冲信号
第3章 系统工作原理和主要技术指标
    3.1 数字化多道脉冲幅度分析器系统工作原理
    3.2 数字化多道脉冲幅度分析器的技术指标
第4章 数字化多道的整体方案设计
    4.1 微处理器的选型
    4.2 ADC芯片的选型
    4.3 核脉冲信号处理算法
第5章 基于FPGA的DMCA的实现
    5.1 硬件电路设计
        5.1.1 信号调理电路
            5.1.1.1 极零相消电路
            5.1.1.2 放大电路
            5.1.1.3 电压跟随电路
        5.1.2 ADC模数转换电路
            5.1.2.1 ADC芯片的选型
            5.1.2.2 ADC电路
        5.1.3 FPGA电路
            5.1.3.1 FPGA的选型
            5.1.3.2 FPGA的配置电路
        5.1.4 SRAM电路
        5.1.5 RS485 串口通信电路
        5.1.6 电源转换电路
    5.2 软件设计
        5.2.1 FPGA的开发流程介绍
        5.2.2 基于VHDL语言的模块化数字脉冲处理器设计
            5.2.2.1 AD采样控制和数据判选模块
            5.2.2.2 FIFO读写控制模块
            5.2.2.3 峰值提取模块
        5.2.3 NIOSII软核的软硬件开发
            5.2.3.1 NIOSII软核的硬件开发
            5.2.3.2 NIOS II软核的软件开发
        5.2.4 梯形成形算法的Matlab仿真实现
第6章 系统测试和问题解决办法
    6.1 基于FPGA的DMCA系统的测试结果
        6.1.1 性能指标测试
            6.1.1.1 稳定性测试
            6.1.1.2 最大脉冲通过率
            6.1.1.3 线性、道宽以及零点测试
        6.1.2 实测能谱
    6.2 调试过程中遇到的问题和解决办法
结论
致谢
参考文献
附录



本文编号：3585844