基于FPGA的全数字双通道符合多普勒展宽系统

发布时间：2024-03-10 22:28

　　针对核辐射能谱、正电子湮没符合多普勒展宽谱测量的需求,设计了一种基于FPGA的全数字双通道符合多普勒展宽系统。该系统以16 bit模数转换芯片AD9269-80为前端,将高纯锗探测器采集到的模拟信号转化为数字信号,该数字信号进入系统后端的FPGA芯片中进行数字处理。FPGA通过滑动平均窗口、乒乓操作、自定义IP核等实现对核脉冲信号的处理,包括波形降噪、梯形滤波、基线恢复、堆积识别、阈值判断、数据缓存等,从而得到核脉冲的幅度信息和时间信息。再由网口模块与上位机之间进行通信,采用UDP协议进行幅度、时间信息的传输,得到核信号的能谱。系统采用双通道对正电子符合多普勒展宽谱测量,得到二维符合图谱。

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【部分图文】：

图1系统结构图

基于FPGA的全数字双通道符合多普勒展宽系统结构如图1所示，两个探测器探测到的脉冲信号分别进入两个通道，经过放大器后进入ADC，转化为数字信号。数字脉冲信号进入FPGA进行处理，获得的时间信息和幅度信息通过千兆以太网模块发送至上位机软件，进行能谱显示和符合谱分析。同时上位机可设置....

图2波形降噪前后波形对比

脉冲信号经过慢速梯形滤波算法后，得到了幅度相等的等腰梯形。梯形滤波成型公式如下：其中，Vi是经过ADC采样后的输入信号，na是梯形滤波器的上升时间，nc是梯形滤波器的上升与平顶时间之和。τ是指数脉冲的下降沿时间常数。该算法在FPGA中的实现方法如图3所示。

图3梯形滤波算法在FPGA中的实现方法

经过梯形滤波后的波形如图4所示，图中数据为系统运行时使用SignalTapIILogicAnalyzer实时采集到的降噪后的脉冲信号以及该信号经过梯形滤波成型之后的信号。图4梯形滤波前后

图4梯形滤波前后

图3梯形滤波算法在FPGA中的实现方法从图4可以看出，滤波以后，梯形的基线一般不在0的位置，对幅度的提取有影响，所以需要使基线恢复。使用滑动平均窗口，在梯形到来前的K个点取平均值，得到的数值就是该梯形的基线值。将滑动平均窗口模块再对梯形从到来到结束的时刻取平均值，得到的最大值扣....

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