第5章多道脉冲幅度分析系统

△ ISA插卡式的连接方式。
△ PCI插卡式的连接方式。
△ 利用RS-232(或USB)串联接口，将MCB与PC机 相连。
△ 通过计算机的并行接口，实现MCB与PC机相连。
△ 对于安装有双口存储器的MCB，可利用双口连接 器将MCB与PC机相连。在此情况下PC机可直接访 问MCB中的存储器。
△ 通过以太网接口，将MCB与服务器相连。在此情 况下可通过网络实现对MCB的遥控功能。
a、分辨率：ADC总道数。 b、变换增益：每单位幅度能变换成多少道。单位用
道/伏。 c、微分非线性：(即道宽的不一致性)描述个别道宽
与平均道宽的偏离程度的指标。对于谱仪ADC这是 一项非常重要的指标，一般要<1％。 d、积分非线性：描述实际输入信号幅度A 与被转换 地址m的关系曲线与理想曲线（一条过原点直线） 的偏离程度的指标称为积分非线性，一般<0.1％。 e、变换速度：变换一个输入信号所需要的时间。一 般慢的几十微秒，快的几微秒。
26
926框图如下：
926前后面板如右图。是单插宽的NIM插件
27
面板说明： △前面板上的GATE端，可输入相关信号实现符合
或反符合测量。 △后面板上的PUR端，可输入堆积判弃信号，使
得发生峰堆积时，不再对堆积后的信号进行AD 转换。 △后面板上的BUSY输入端，可接收来自谱仪放大 器BUSY输出端的信号，用于进行死时间校正。
20
实际测谱时，应在满足分辨率的要求下， 尽量使用大道宽。一般说来，在峰的半高宽 内，有5－10道就够了。例如使用闪烁探测 器时，由于它的分辨率在10％上下，用几十 道到几百道就够了。使用Ge（Li）探测器时， 由于它的能量分辨率可达0.1%量级，就要几 千道才能分析一个完整的谱。
21
3．2 关于死时间校正
工作原理如下图所示。
跟踪和保持控制
Vs 模拟输入
S1
A=1 线性门
C1
保持 电容
比较器
＋ －
D/A 转换
输出选通
控制逻辑
置新的 NC值
当前的 NC值
输出 驱动
至存 储器
当前的NC值：多位二进制数码寄存器 如：8192道ADC，需要13位（212～20）。
10
逐次比较法谱仪ADC可具有高分辨率谱仪所需要 的道数，但它们的微分非线性却不能满足要求。微 分非线性的典型值为1/2最小有效位，这将带来50％ 的道宽不一致性。这个问题可通过加人“滑尺技术” 加以解决。原理如下图。
c、存储周期。用计数结果Nc作为地址，将Nc地址 中的内容加1。
8
线性放电法ADC： 最大优点是道宽一致性这一指标可以做得很好，
典型值为<1％。 其缺点是需要较长的转换时间，如：一个8192道
的线性放电法ADC，最大的转换时间为20－165μS。 且转换时间取决于脉冲幅度。
9
1．2 逐次二进制比较法ADC
22
进行死时间校正的办法有多种。
a、百分死时间表校正。
如实际测量时间Tr＝10秒，百分死时间电表指 示P＝20％，则活时间为Tl＝（1－P）Tr＝（1－ 0.2）Ⅹ10秒＝8秒。
计算计数率时就要按有效测量时间8秒来计算。
b、活时间测量。 在测量过程中不以实时间计时，而用活时间
计时。这需要将ADC的死时间信号输出到多道分 析器或计算机的定时电路，使计时器在死时间内 停止计时就可以了。
31
2．2 MCB的其它产品实例 2．2．1、
用于NaI探测器 的插卡（ISA）式的 多道分析器。
实际使用时采用何种方法进行死时间校正，可
视具体情况而定。
23
四、多道缓冲器（MCB）
由谱仪ADC将输入脉冲的幅度转换而成的数字量， 以一定的格式存入多道缓冲器中。再通过接口电路 将数据传给计算机。
多道缓冲器
输入信号
ADC
数据存储器 微处理器
程序存储器
其它的多道缓冲器
24
1、 MCB与计算机的连接方式 MCB产品与PC机的连接有多种方式。例如：
28
926性能如下： a、ADC 带有滑尺技术的逐次二进制比较法ADC。 b、最大分辨率 8192道。通过软件操作可选择为 8192、4096、2048、1024及512道。 c、分析一个脉冲占用的死时间：8μS。 d、积分非线性 ≤±0.025% 。 e、微分非线性 <±1% 。 f、增益稳定性 <±50ppm/ OC。
29
g、死时间校正 有两重方法供选择： 1、Gedcke-Hale method。 2、活时间测量法。
h、数据存储器 8192道具有掉电保护的数据存储器， 每道计数为231－1。
i、可预置停机条件，满足条件后自动停机。 1、预置测量时间：实时或活时。 2、预置计数：预置感兴趣区的峰计数或面 积计数。 3、溢出停机；当任意一道的计数超过231－1 时，自动停止数据获取。
此类型产品典型值为：分辨率从1,000－ 16,000道，其转换时间可做到从2－20μS。
13
另一种常用的改善ADC微分非线性的方法－－ 降位使用法 原理：
若有一市场销售的商品ADC， 12位，精度为 ±1/2最低有效位。若直接用做谱仪ADC：
●可做成4096道的多道。 ●最低有效位为1时对应多道的最小道宽 （设为1mV）。 ●由于ADC精度为±1/2LSB,所以会带来50％的
道宽不一致性。
14
若只使用此ADC的
高8位（211－24），
同样的ADC：
A
●只能做成256道的
多道。
●此时24位为1时对
应多道的最小道宽
（为16mV）。
4096 256 D11
D4
D4=1~Hmin
D3
D0
D0=1~Hmin
结果：平均道宽扩大的16倍，但片子本身的绝 对误差是确定值。因此道宽不一致性理想情况下将 改善了50％/16。
25
2、 多道缓冲器产品实例 ORTEC 926多道缓冲器（MCB） ORTEC 926多道缓冲器（MCB）是多道脉冲幅度
分析系统中使用的一个专用的硬件部件。在实时数 据获取方面具有非常优良的性能。它与PC机相连， 配上基于PC机的专用软件，即可实现数据获取、存 储、显示及各种数据的处理及分析功能。
8000个
1000 第 1001 第 1002 mv
1000
1001
道
道
4000个 4000个
1000 1000.5
1002 mv
第
第
1000
1001
道
道
（图1） （图2）
1000个 1000个 2000个
2000个
（图3）
2000个
1000 1000.5
1002 1003
1004 mv
第
第
第
第
1000
因此对谱仪ADC有一个非常重要的指标，叫做 “微分非线性” （也称：道宽的不一致性）。一 般不超过±1/100。
一般市场销售的商品ADC，精度为±1/2或 ±1/4最低有效位。不能直接作为谱仪ADC使用。
5
1、谱仪ADC的类型 通用的有三种类型： 线性放电法ADC （又称Wilkinson ADC ） 逐次二进制比较法ADC 一次直接比较法ADC (又称flash ADC )
峰位变化 ＝ mp'－mp
分辨率变化＝√(R')2-(R)2
g、每道最大计数： h、稳定性：包括温度稳定性、电源电压变化的稳定
性及长时间工作稳定性。
在选用谱仪ADC产品时，一定要注意以上指标要 满足实际应用的要求。
19
3、谱仪ADC使用中的几个问题 3．1 道宽（或道数）的选择 能谱测量时，道宽的选取要视具体情况而 定。道宽小，对脉冲幅度分类细。但对同样的 输入信号计数率，分到每一道的计数率就低。 为使各道积累到足够的计数而减小统计误差， 需要的测量时间就长。因此不必要的用过多的 道数来测谱，在存储空间及测量时间上都有所 浪费。
30
j、微处理器 intel 80C188。具有32K的程序存储器， 及带有掉电保护的32K的数据存储器和16K的中间 结果暂存器。
k、 926的并行接口可连接到计算机的打印机接口， 以实现926与计算机之间的数据通讯。而926后 面板上的打印机接口可直接接到打印机或接到 另一个926插件的并行口上，以此种方法最多可 接入8个926插件，最后一个926再接入打印机。
17
微分非线性：
积分非线性：
mi
斜率＝p
mi
Ai
p Amax
DNL | hi H |max 100% H
INL


|
Ai

mi p
|max
100%
Amax
18
e、计数率特性：用高计数率时的峰位mp'、分辨率R’ 和低计数率时的峰位mp、分辨率R的差别来衡量。 两者的差别允许多大，高、低计数率各取多少， 由产品说明书规定。
1001
1002
1003
道
道
道
道
（7000个） （1000个）
结论：加入滑尺后道宽不一致性最好可以改善：原道宽不一致的值/滑尺长度。
12
加人“滑尺技术”后，最终可使微分非线性 降低到<1％。带有滑尺技术的逐次二进制比较法 ADC可具有较低的微分非线性及较短的转换时间， 并且其转换时间与脉冲幅度无关。
d Vb 2
{ 1
2
[2e( I D

Ig
]}
1
2C f
2
d
3
第五章 多道脉冲分析系统
一、幅度谱的形成过程 二、多道的构成，包括硬件及软件两大部分：
4
三、谱仪ADC
谱仪ADC是测量快速随机脉冲幅度分布过程中 使用的模数变换器。根据上述谱的形成过程可知： 若希望幅度谱测量准确，最重要的是：道宽的一 致性要非常的好。