基于FPGA的数字多道脉冲分析器设计

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随着核技术水平的提高,核能谱测量技术越来越多地运用在核电站安全检测以及核科学的基础研究等诸多领域。多道脉冲分析器是能谱测量仪的重要部件之一。随着ADC器件,FPGA芯片的高速发展,数字脉冲分析器逐渐替代传统模拟脉冲多道分析器。近年来国外便携式能谱仪技术发展成熟已经商业化。而国内在研发制造适用于野外探测能谱仪的多道分析器仍有不足。本文就如何提高数字脉冲多道分析器的性能,拓展应用范围进行研究。系统采用φ1.5x1.5的LaBr3(Ce)晶体探测器作为数字多道分析器的探测器,与光电倍增管以及高压管座组成仪器探测模块用于产生核脉冲信号。多道分析器的硬件电路主要包含5部分:信号调理电路,高压电路,电源转换电路,AD转换电路,FPGA配置电路。采用FP GA+高速ADC的硬件结构。使用Altera公司MAX系列的10M50SC E144A7G芯片作为系统的核心处理器。ADC芯片选用Maxim公司的MAX12555芯片,采样频率最高可达95 MHz,高度集成的硬件结构,符合了数字多道分析器便携化、数字化的需求。FPGA逻辑配置的开发环境为Quartus prime,采用Verilog HDL硬件描述语。借助Modelsim仿真,串口调试助手,SignalTap II等软件最终完成FPGA内部逻辑设计。本文着重介绍峰值提取,能谱数据存储,串口通信等功能模块的设计。此外,本文介绍了使用C#语言编写的一款能谱显示软件。最后,通过搭建测试平台,构建数字化能谱测试系统,对Co60、Cs137两种放射源进行测试。验证数字多道分析器的能量分辨率,稳定性以及系统化线性度等性能指标符合设计要求。
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