基于DSP builder和FPGA的数字时间谱仪研究
为了探究微观世界，人类探测微观粒子间相互作用过程中产生的各种辐射、辨别辐射粒子的类型、测量其能量、确定各种辐射粒子间时间关系和重建辐射粒子在空间穿越的径迹等，从而获得微观粒子相互作用过程中各种信息，揭示出微观世界的奥秘。微观粒子间相互作用的许多信息是以时间信息的方式存在于核辐射探测器输出的信号中，包括核脉冲事件发生的时间或位置，以及通过测量两个核事件发生的时间来获得其他信息。研究新型时间谱仪，提高测量精度也成为了核测量研究领域的一个重要研究课题。
随着数字化技术的发展，特别是数字信号处理器(DSP)技术的发展，相对于传统的模拟分析技术，全数字化核信号分析技术的优势越来越明显。数字信号处理技术具有很大的灵活性，可以重新配置以适应不同信号的需求;随着ADC和FPGA性能的提高，数字信号处理技术的精度也得到进一步提高;数字脉冲处理技术尽可能早的将信号数字化，也具有很强的抗干扰能力。因此，数字脉冲处理技术被广泛地用在核谱仪系统中。
数字恒比定时是利用高速ADC完整采集信号波形信息后，利用数字脉冲处理算法分析处理脉冲信号，通过插值拟合和恒比定时方法最终得到信号的时间信息，取代了传统模拟定时电路，简化电路系统，且算法重构方便。
Altera公司推出的专门针对数字信号处理器的设计工具DSP builder，允许设计者在MATLAB/simulink中完成算法设计，并通过QuartusⅡ软件与MATLAB/simulink工具之间的接口，将算法转换成硬件描述语言，比直接的硬件语言描述更简化了基于FPGA的DSP系统设计，所以我们的算法采用DSP builder与FPGA相结合来实现。
本论文的主要工作和创新点:
1、设计研制一个数字时间谱仪原型系统，利用数字脉冲处理技术的灵活性和重构性，可以进行不同参数配置，实现能谱测量和时间谱测量。
2、系统算法采用DSP builder与FPGA相结合，最终算法全部在FPGA中实现，充分利用其并行处理特性，提高了数据处理速度，简化了硬件电路。
目前，本论文所设计的基于DSP builder与FPGA的数字化时间谱仪系统已经经过了一系列电子学测试，并组建了一套测量22Na放射源的数字化正电子符合谱仪，对其进行测量得到该系统能量分辨达到3.90％，时间分辨达到157.6ps，高于传统TDC测得的时间分辨率。
数字恒比定时;数字脉冲处理;现场可编程门阵列;数字时间谱仪;DSP builder工具;微观粒子
中国科学技术大学
硕士
物理电子学
梁昊
2013
中文
O572.2
63
2013-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）