基于C8051F124的高稳定性脉冲幅度分析电路的设计

　　核辐射测量技术是一种综合性很强的技术,是核探测技术、电子技术、计算机技术等多学科相互交叉渗透的产物。核辐射测量技术己经不仅仅用于核研究,也在地质学、工业无损探伤、医学、环境学、生物学、化学、考古学等学科扮演着越来越重要的角色。在核辐射测量中,核辐射探测器输出的脉冲信号幅度和入射粒子的能量成正比关系,通过测脉冲信号的幅度就可以知道入射射线的能量,进而根据需要分析物质中元素。因此,脉冲幅度分析技术在核辐射测量中是一个重要的问题。

　　常见脉冲幅度分析电路系统包括线性脉冲放大器,信号甄别控制部分,微控制单元(MCU)系统,外部RAM,模数转换器(ADC),串行接口等。其结构框图见图1。

　　在本电路设计中选用Silicon公司的8位微控制芯片C8051F124的单片机,该单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SoC),具有与8051兼容的高速CIP-51内核,与MCS-51指令集完全兼容。与以往脉冲幅度分析电路设计相比较,片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其它功能部件,模数转换器,内置FLASH程序存储器、内部RAM。选用此集成许多外部器件的微控制器芯片,减少电路的元件数量,使得整个脉冲分析电路更加简单,非常有效地降低电路发生故障的概率,大大提高电路的稳定性。片内RAM的使用,使得数据存储快捷可靠,保证采集数据的完整性,从数据方面提高脉冲幅度分析电路的性能。下文将对脉冲幅度分析电路各部分的设计进行探讨分析。

　　1　线性脉冲放大器

　　线性脉冲放大器是数据采集电路中重要部分,它直接决定着最终采集到的数据优劣。线性放大器分为两部分,第一部分是四个LM365单运放级联组成的比例放大电路。此电路的主要功能是将从前放输出的脉冲信号进行比例放大,一般情况下,从前放输出的信号峰值约1V,因此通常将放大比例设置为5倍,使输出信号峰值约为5V,以保证A/D转换的进行。为适应输入信号的变化,在第一级运放上增加电位器用来控制增益。

　　第二部分为信号峰值保持单元。峰值保持单元共有3级,第一级为一个比例放大电路,由AD847为主体。第二级则是由AD843和模拟开关ADG201组成的峰保持电路,以便对脉冲峰值进行采样和A/D转换。最后一级仍然是由LM365构成的比例放大电路。

　　2　甄别控制电路

　　在脉冲幅度分析电路中,通过甄别电路获取脉冲峰值经过的时间信息,然后控制电路启动A/D转换实现对脉冲幅度的测量。甄别控制电路采用高速比较器MAX908,其特点是功耗低,响应时间快(响应时间为4Ons);选用高速模拟开关MAX4501,+2~+12V开启电压,低寄生电容10pf,快速转换速度, Ton=75ns, Toff= 50ns;触发器选用常见的SN74HC74。