Data Acquisition System for Detection of Transient Optical Radiation Signal
Raws li cov yam ntxwv ntawm cov keeb kwm muaj zog thiab lub hom phiaj tsis muaj zog hauv kev tshawb pom hluav taws xob hloov kho qhov muag, daim ntawv no tsim cov phiaj xwm nrhiav tau cov ntaub ntawv nrog FPGA ua qhov tseem ceeb ntawm kev tswj thiab kev ua haujlwm. Cov tswv yim siv keeb kwm yav dhau los thiab teeb liab ob lub lim dej, ob-theem kev pab cuam-tswj amplification, uas zoo lav qhov zoo ntawm cov teeb liab tau txais; Nyob rau tib lub sijhawm, nws tau txais kev hloov pauv ntau zaus rau lub hom phiaj cov cim qhia, uas txo cov kev xav tau ntawm cov ntaub ntawv khaws cia thiab xa mus, thiab ua kom cov txheej txheem tau txais txiaj ntsig zoo dua. ntsuas qhov tseeb.
1 Qhov system muaj pes tsawg leeg thiab txoj hauv kev ua haujlwm
Cov ntaub ntawv tau txais cov ntaub ntawv tuaj yeem muab faib ua peb ntu: cov khoom ua ntej ua ntej, cov qauv khaws cia, thiab FPGA tswj module. Cov txheej txheem ua ntej suav nrog cov khoom siv hluav taws xob hloov pauv hluav taws xob, cov tsev txhab nyiaj lim dej, thiab cov phiaj xwm tswj hwm lub tshuab hluav taws xob. Daim duab thaiv ntawm tag nrho cov kab ke yog pom nyob rau hauv daim duab 1. Lub photoelectric hloov dua siab tshiab circuits converts lub teeb liab kho qhov muag nkag mus rau hauv lub system mus rau hauv lub teeb liab tam sim no los ntawm ib tug detector, thiab ces converts nws mus rau hauv ib tug voltage teeb liab los ntawm ib tug transimpedance ua hauj lwm amplifier. Lub kaw lus tsim ob txoj kev lim dej: keeb kwm yav dhau los siv cov lim dej qis, thiab cov teeb liab txais kev lim dej siab. Nyob rau hauv thawj lub xeev, lub analog hloov xaiv lub keeb kwm yav dhau channel los ntawm lub neej ntawd, thiab lub programmable amplifier yog teem rau hom keeb kwm yav dhau. Tom qab cov teeb liab keeb kwm yav dhau yog kuaj los ntawm A / D, nws raug xa mus rau FPGA rau qhov pib sib piv. Thaum pom qhov xwm txheej loj dua qhov pib, FPGA hloov cov channel ntawm qhov hloov pauv analog, cov channel ntawm cov lim dej siab tau raug xaiv, thiab cov kev khiav hauj lwm hom ntawm lub program tswj amplifier yog xaiv raws li lub teeb liab hom. Raws li cov yam ntxwv ntawm lub teeb liab tau nce siab thaum pib thiab qeeb thaum kawg, FPGA paub txog kev sau thiab khaws cov ntaub ntawv ntom ntom thiab tom qab ntawd sparsely los ntawm kev tswj hwm ntawm A / D thiab FIFO.
2. Kev Tsim Kho Kho vajtse ntawm cov ntaub ntawv tau txais qhov system
2.1 Pem hauv ntej theem preprocessing Circuit Court
Nyob rau hauv lub photoelectric detection Circuit Court, lub photodetector yog ncaj qha ntsig txog qhov zoo ntawm qhov system kev ua tau zoo. Txhawm rau txo qhov cuam tshuam ntawm qhov cuam tshuam tam sim no los ntawm ib puag ncig hluav taws xob hluav taws xob hluav taws xob, cov cuab yeej tsim nyog rau ntim cov ceramic. Tsis tas li ntawd, thaj chaw photosensitive ntawm lub ntes yuav tsum tsis txhob loj dhau, txwv tsis pub cov kev txwv xws li tam sim no tsaus nti, kev sib tshuam capacitance, thiab lub sijhawm nce yuav nce ntxiv, uas yuav cuam tshuam rau kev tshawb pom. Hauv kev tsim, S2387 silicon photodiode ntawm Nyiv Hamamatsu Company yog siv. Lub detector muaj cov yam ntxwv ntawm siab rhiab heev, ceev lub sij hawm teb thiab loj dynamic ntau yam. Kev tsim hluav taws xob siv hluav taws xob tsis zoo, tsis muaj qhov tsaus ntuj tam sim no, lub suab nrov diode feem ntau yog lub suab nrov thermal tsim los ntawm shunt resistor, thiab nws muaj qhov zoo tshaj plaws precision thiab linearity. Lub siab thiab qis dhau lim tau txais cov lim dej ua haujlwm, uas muaj cov lus teb ceev ceev, cov txiaj ntsig zoo ntawm kev lim dej sib haum xeeb, thiab tuaj yeem hloov pauv lub zog reactive. Qhov kev zov me nyuam tswj amplifier yog tsim los ntawm kev ua haujlwm sib txuas ua haujlwm thiab ib qho kev hloov analog. Qhov hloov pauv analog yog tswj los ntawm FPGA, thiab cov resistors sib txawv tau txuas nrog lub davhlau ya nyob twg input ntawm lub chaw ua haujlwm amplifier los kho qhov nce.
2.2 Sampling cia Circuit Court
Vim tias qhov sib txawv ntawm lub hom phiaj lub teeb liab yog qhov loj heev (txog 80 dB), nws yog ib qho tsim nyog los xaiv ADC nrog ntau qhov sib txawv kom paub txog qhov tau txais cov teeb liab. Txais 14 b ADC los ua piv txwv cov teeb liab nrog lub zog ntau yam uas nws qhov amplitude sib txawv mus txog 4 qhov kev txiav txim ntawm qhov loj tuaj yeem ua tau raws li cov kev xav tau ntawm kev tshawb pom siab xav tau los ntawm lub kaw lus. Txawm li cas los xij, txij li tag nrho cov khoom siv hloov pauv A / D muaj qhov tsis raug, siv cov khoom siv siab A / D hloov dua siab tshiab raws li cov khoom siv hloov pauv A / D tsawg tuaj yeem txo qhov yuam kev. Qhov kev tsim no siv 16 bAD976A ntawm ADI Company. AD976A tsawg zog noj 16 b successive approximation A/D converter, conversion ceev yog 200 KSPS, tuaj yeem xaiv sab hauv lossis sab nraud 2.5 V siv fais fab mov. AD976 tso cai rau 16 b tso tawm rau tib lub sijhawm, thiab tuaj yeem tso tawm hauv daim ntawv ntawm ob 8 b. Txhawm rau txuag tus pins hauv qhov tsim, dual 8 b outputs tau txais yuav.
Txhawm rau kom ntseeg tau qhov tseeb ntawm kev xa cov ntaub ntawv ntawm cov moos sib txawv, cov ntaub ntawv cache siv lub asynchronous FIFO. Lub asynchronous FIFO muaj cov yam ntxwv ntawm kev kub ceev thiab kev ntseeg tau zoo, thiab tuaj yeem zam qhov tsis zoo ntawm cov ntaub ntawv vim yog theem sib txawv ntawm cov moos sib txawv. Tus IDT7204 tau txais los ntawm tus qauv tsim yog 4 096 × 9 b CMOS dual-port nco cache nti hauv IDT72XX series. Cov ntawv nyeem thiab sau ntawv sab hauv yog nyeem thiab sau ua ntej-hauv thawj-tawm, thiab sau ntawv W thiab nyeem moos R tau muab rau sab nraud; tus chij tag nrho () thiab tus chij khoob () tswj cov ntaub ntawv hla dhau thiab nyeem ntawv tas li, thiab sau thaum simulation nco puv Nws tuaj yeem yooj yim nthuav txhua lo lus tob thiab lo lus ntev.
