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DP5 OEM 数字脉冲处理器和 MCA

 

我们的 DP5 是一款高性能数字脉冲处理器(DPP),已针对 OEM 和实验室用户需求进行了优化。它的作用是将前置放大器输出信号数字化,取代了传统模拟光谱系统中的整形放大器和 MCA。与传统系统相比,DP5 的优势明显,这些优势包括改进的性能(极高的分辨率、减少的弹道亏损、更高的吞吐量和增强的稳定性)、增强的灵活性、低功耗、小尺寸和低成本等。

DP5 使用专用电路进行脉冲处理。它包括一个 8051 兼容微控制器,用于控制装置。通信接口包括 RS-232、USB 和以太网。它还有多条通用 I/O 线路。DP5 适合 OEM 和需要定制功能且熟悉电子器件的实验室用户。

特点

  • 80 MHz ADC
  • 取代整形放大器和 MCA
  • 支持任一极性的复位和反馈前置放大器
  • MCS 模式
  • 16 个 SCA
  • 列表模式
  • 流模式
  • 可配备一个电荷灵敏前置放大器,以与 PMT 结合使用
  • 适合 OEM 或特定实验室用途
  • 高度可配置



图 2.上面的迹线 1 显示了 DP5 的输入,它同时也是复位型电荷灵敏前置放大器的输出。它由模拟前置滤波器处理,然后产生迹线 2 中所示的前置滤波器输出。它被数字化和数字处理,然后产生迹线 3 中所示的 DP5 整形输出。最后,DP5 会生成一个多通道分析仪(MCA)类型的输出频谱,如图 4 所示。

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  • 快速入门 +


    特点

    • 80 MHz ADC
    • 取代整形放大器和 MCA
    • 支持任一极性的复位和反馈前置放大器
    • MCS 模式
    • 16 个 SCA
    • 列表模式
    • 流模式
    • 可配备一个电荷灵敏前置放大器,以与 PMT 结合使用
    • 适合 OEM 或特定实验室用途
    • 高度可配置

    脉冲处理和 MCA

    • 梯形整形
    • 可编程峰值时间为 0.05 至 102.4 µs
    • 可编程平顶持续时间为 0.05 至 51.2 µs
    • 周期性 4,000,000 cps
    • 堆积判弃、上升时间鉴别、门
    • 多达 8k 个输出 MCA 通道

    通信

    • 接口:RS-232、USB、以太网
    • 示波器模式 – 用于脉冲监测和调节的 DAC 输出
    • 带 8051 兼容内核的板载 µ控制器
    • 有多个可配置的辅助输入和输出

    软件

    • 免费显示和采集软件
    • 免费软件开发人员工具包(SDK)

    物理

    • 低功耗:1300 mW(典型值)
    • 小型:3.5 英寸 X 2.5 英寸

    应用

    • X 射线和伽马射线探测器
    • 核仪器
    • 便携式电池供电系统
    • OEM 和特殊应用
    • 过程控制
    • 研究和教学
  • 规格参数 +


    规格参数

    脉冲处理性能

    增益 粗调增益和微调增益的组合产生了从 x0.84 到 x127.5 连续可调的总增益。
    粗调增益 从 x1.12 到 x102.00 的 16 个对数间隔粗调增益设置

     

    1.12 2.49 3.78 5.26 6.56 8.39 10.10 11.31
    14.56 17.77 22.42 30.83 38.18 47.47 66.26 102.0
    微调增益 微调增益在 0.75 和 1.25 之间可调,13 位分辨率
    量程 1000 mV 输入脉冲 @ x1 增益
    增益稳定性 <20 ppm/° C(典型值)
    ADC 时钟频率 20 或 80 MHz,12 位 ADC(软件可选)
    脉冲形状 梯形。具有整形时间 t 的半高斯放大器的峰值时间为 2.2t,其性能与相同峰值时间的梯形形状相当。
    峰值时间 有 30 个软件可选的介于 0.1 和 102 µs 之间的峰值时间,对应于 0.05 至 45 µs 的半高斯整形时间。
    平顶时间 每个峰值时间有 16 个软件可选的值(取决于峰值时间),>0.05 µs
    最大计数率 峰值时间为 0.2 µs 时,可以采集到 4 MHz 的周期信号。
    每个脉冲的死时间 死时间为 1.05 x 峰值时间。无转换时间。
    快速通道峰值时间 20 MHz: 200、400、800、1600、3200 ns
    80 MHz:50、100、200、400、800 ns
    快速通道脉冲对分辨时间 等于快速通道峰值时间加上信号上升时间。
    堆积判弃 脉冲间隔大于快速通道分辨时间 120 ns 和小于 1.05 x 峰值时间的脉冲将被判弃。
    基线恢复 非对称,有 16 个软件可选的转换速率设置。

    MCA 性能

    通道数 可编程为 256、512、1024、2048、4096 和 8192 个通道。
    每通道字节数 3 个字节(24 位)– 1670 万个计数
    预设采集时间 10 ms 至 466 天
    数据传输时间 1k 通道 5 毫秒(USB),280 毫秒(RS-232)
    转换时间
    预设 时间、总计数、ROI 计数、通道计数
    MCS 时基 10 毫秒/通道至 300 秒/通道
    外部 MCA 控制 门输入:仅当门控启用时外部逻辑才会接受脉冲。输入可以是高电平有效或低电平有效。
    计数器 MCA 接受的慢速通道事件、传入计数(高于阈值的快速通道计数)、选择逻辑拒绝的事件和外部事件计数器。

    硬件

    微处理器 Silicon Labs 8051F340 8051 兼容内核
    外部存储器 512kB 低功耗 SRAM
    固件 信号处理通过固件进行编程,固件可在现场升级。

    通信

    RS-232 标准 RS-232 串行接口,最高可达 115.2 Kbaud。
    USB 标准 USB 2.0 全速(12 Mbps)。
    以太网 标准 10base-T

    辅助输入和输出

    此连接器的主要用途是输出 DP5 主要功能(采集频谱并通过串行接口传输)不需要的逻辑信号。这些通常是与 DP5 处理的每个脉冲相关的“低电平”逻辑信号。它们主要用于将 DP5 数据采集与外部硬件同步,以及用于 DP5 的直接计数器/定时器输出。这些信号如下所述。连接器为 2×8 直角 Samtec 部件号 AP-135096-01。

    单通道分析仪(共 16 个) 硬件
    8 个 SCA,具有逻辑输出、独立的软件可选 LLD 和 ULD,LVCMOS (3.3V) 电平(TTL 兼容) 硬件 SCA 也可以连接到内部计数器并由软件读取。
    软件
    8 个 SCA,独立的可选 LLD 和 ULD,可在 8 种设置之间选择,包括 INCOMING_COUNT、PILEUP、MCS_TIMEBASE 等。软件 SCA 连接到内部计数器并由软件读取。
    数字输入 两个独立输入,可通过软件选择 MCA_GATE、EXTERNAL_COUNTER I/O
    两条通用 I/O 线路,用于自定义应用程序。
    数字输出 两个独立输出,可通过软件在 8 种设置之间选择,包括 INCOMING_COUNT、PILEUP、MCS_TIMEBASE 等。
    两条通用 I/O 线路,用于自定义应用程序。
    I/O 两条通用 I/O 线路,用于自定义应用程序。
    数字示波器 在计算机上显示示波器波形。可借助软件选择显示整形输出、ADC 输入等,以帮助调试或优化配置。

    辅助连接器引脚分配

    引脚编号 名称 引脚编号 名称
    1 SCA1 2 SCA2
    3 SCA3 4 SCA4
    5 SCA5 6 SCA6
    7 SCA7 8 SCA8
    9 AUX_IN_1 10 AUX_OUT_1
    11 AUX_IN_2 12 AUX_OUT_2
    13 IO2 14 IO3
    15 GND 16 GND

    连接

    模拟输入端 模拟输入接受来自电荷灵敏前置放大器的正向或负向脉冲。
    注意:可配备一个电荷灵敏前置放大器,以与 PMT 结合使用。有关详情,请与 Amptek 联系。
    1×3 直角接头 Molex 部件号 22-28-8032。
    电源 + 5 VDC。Hirose MQ172-3PA(55)
    RS-232 标准 2.5 mm 立体声音频插孔。
    USB 标准 USB mini-b 插孔。
    以太网 标准 RJ-45 以太网插孔。
    辅助 2 × 8 16 针 2 mm 间距(Samtec 部件号 ASP-135096-01)。与 Samtec P/N TCMD-08-S-XX.XX-01 连接器配合使用
    DAC 输出 此输出用于示波器模式,以查看整形脉冲和其他诊断信号。范围:0 至 1 V。
    1×2 直角接头 Molex 部件号 22-28-8022。

    接口软件

    DPPMCA DP5 可由 Amptek DPPMCA 显示和采集软件控制。此软件可完全控制和配置 DP5,并下载和显示数据。它支持感兴趣区(ROI)、校准、寻峰等。DPPMCA 软件可无缝连接到 XRS-FP 定量 X 射线分析软件包。在 Windows XP PRO SP3 或更高版本下运行。单击此处进入软件下载页面。
    SDK DP5 附带免费的软件开发人员工具包(SDK)。用户可以使用此工具包轻松编写自定义代码,以控制用于自定义应用程序的 DP5 或将其连接到更大的系统。其中包含 VB、VC++ 等示例。单击此处进入软件下载页面。
    VB 演示软件 VB 演示软件在个人计算机上运行,允许用户设置 DP5 参数,启动和停止数据采集以及保存数据文件。它随源代码提供,可由用户修改。本软件旨在举例说明如何通过 USB、RS232 或以太网接口使用最基本的调用(不使用 SDK)手动控制 DP5。在为非 Windows 平台编写软件时,它非常有用。单击此处进入软件下载页面。

    电源

    +5 V 80 MHz 时钟:200 mA(1 W)(典型值)
    20 MHz 时钟:180 mA(0.9 W)(典型值)
    输入范围 +4 V 至 +5.5 V(在 0.25 至 0.18 A 的典型值下)
    初始瞬态 2 A,<100 ns
    电源 外部电源或 USB 总线

    物理

    尺寸 3.5 英寸 x 2.5 英寸;8.9 厘米 x 6.4 厘米
    重量 32 g

    一般信息和环境

    工作温度 -40°C 至 +85°C
    质保期 1 年
    典型设备寿命 5 至 10 年,视使用情况而定
    存储和运输 长期存储:10 年以上保持环境干燥
    典型存储和运输:-40 °C 至 +85 °C,10 至 90% 湿度,不结露
    合规 符合RoHS标准
  • 描述 +


    DP5 架构

    DP5 是核仪器系统完整信号处理链中的一个组件。DP5 的输入是前置放大器的输出。DP5 用于将前置放大器输出数字化,对信号进行实时数字处理,检测峰值振幅(数字),并将该值存储在其直方图存储器中,从而生成能谱。然后,能谱通过 DP5 的串行接口传输到用户的计算机。显然,DP5 必须与其他组件一起使用,例如探测器、前置放大器和计算机。


    图 3.完整系统中 DP5 的框图。

    模拟前置滤波器

    DP5 的输入是电荷灵敏前置放大器的输出。模拟前置滤波器电路会为信号的精确数字化做准备。此电路的主要功能是:(1)提供适当的增益和偏置以适应 ADC 的动态范围,以及(2)执行一些滤波和脉冲整形功能以优化数字化过程。
    注意:DP5 可在电路板上配备一个电荷灵敏前置放大器,以便与 PMT 结合使用。

    ADC

    ADC 以 20 或 80 MHz(软件可选)的频率对模拟前置滤波器的输出进行数字化。数字化的值将实时发送到数字脉冲整形器中。使用的是 12 位 ADC。

    数字脉冲整形器

    ADC 输出通过管线架构连续处理,以生成实时整形脉冲。就像其他整形放大器中的那样,这将执行脉冲整形。整形脉冲是一个纯数字实体。其输出可路由至 DAC 以进行诊断,但这不是强制性要求。

    DPP 内有两条并行信号处理路径,即“快”和“慢”通道,它们经过优化可获得有关输入脉冲的不同数据。“慢”通道具有较长的整形时间常数,并经过优化可获得精确的脉冲高度。慢通道中每个脉冲的峰值(一个数字量)是脉冲整形器的主要输出。“快”通道经过优化,可获得定时信息:检测慢通道中重叠的脉冲,测量输入计数率,测量脉冲上升时间等。

    DP5 使用梯形脉冲整形,可提供高能量分辨率,减少弹道亏损,并在高计数率下提供出色的基线稳定性。

    脉冲选择逻辑

    脉冲选择逻辑会拒绝无法进行准确测量的脉冲。它包括堆积判弃、上升时间鉴别、外部门控信号逻辑等。在高计数率下,DP5 具有比传统模拟整形放大器更好的堆积判弃和更高的吞吐量。

    直方图存储器

    直方图存储器的工作原理与传统 MCA 相同。当出现具有特定峰值的脉冲时,相应内存位置的计数器将增加一个计数。结果是一个直方图,即一个数组,其每个单元格中都包含具有相应峰值的事件数。这是能谱,也是 DP5 的主要输出。该装置还包括多个计数器,不仅可以计算所选脉冲的总数,还可以计算输入脉冲、拒绝事件数等。辅助输出包括八个不同的单通道分析仪以及一个 DAC 输出和一个数字输出,可显示信号处理链中多个点的脉冲形状。

    接口

    DP5 包括用于在这些不同功能和用户计算机之间建立连接的硬件和软件。接口的主要功能是将频谱传输给用户。接口还可以通过启动和停止处理过程以及清除直方图存储器来控制数据采集过程。它还可以控制模拟和数字整形的某些方面,例如设置模拟增益或脉冲整形时间。

    该接口包括一个用于实现 RS232、USB 和以太网通信的微控制器。

    PC5 电源和接口板

    Amptek 的 DP5 数字脉冲处理器是核仪器系统完整信号处理链中的一个组件。它必须与(至少)一个探测器、一个前置放大器、一台具有串行接口和通信软件的计算机结合使用。DP5 本身有自己的电源,因此只需要 +5 V 直流输入。当将 DP5 与 Amptek 探测器配合使用时,探测器和前置放大器需要额外的电源。Amptek 提供与 DP5 配合使用和为 Amptek 探测器供电 的 PC5 板。

    PC5 通过 +5 VDC 电源为 Amptek XR-100 探测器供电。该板适合使用 Amptek 探测器和前置放大器的用户。USB 接口无法提供足够的电流来驱动 XR-100,因此需要外部直流电源,该电源必须介于 4.0 和 5.5 V 之间。
    尺寸:3.5 英寸 x 2.5 英寸

    带 PC5 和 Amptek 探测器/前置放大器的 DP5

    图 4.带 PC5 和 Amptek 探测器/前置放大器的 DP5。

    DP5(顶部)与 PC5(底部)相结合

    图 5.DP5(顶部)与 PC5(底部)相结合。


    图 6.DP5(底部)与 PC5(顶部)相结合,背面连接器视图。

  • 软件 +


    软件

    DP5 需要两种不同的软件包:在 DP5 微控制器上运行的嵌入式软件(固件)和在连接的计算机上运行的采集和控制软件。

    嵌入式软件

    嵌入式软件负责控制脉冲处理,控制 MCA,执行某些数据处理并与个人计算机建立连接。此软件是固定的,不能由用户修改。固件更新由 Amptek 发布,可由用户在现场上载。

    接口软件

    DPPMCA 软件

    DP5 可由 Amptek DPPMCA 显示和采集软件控制。该软件可用于控制和显示 DP5,并支持感兴趣区(ROI)、校准、寻峰等。

    DPP SDK

    DP5 附带完整的软件开发工具包(SDK)。用户可以使用此平台轻松开发软件,以控制用于自定义应用程序的 DP5 或将其连接到更大的系统。其中包含 VB、VC++ 等示例

    单击此处下载 DP5 软件

    图 7.DPPMCA 显示和采集软件。

  • 应用 +


    将 A250 连接到 DP5 数字脉冲处理器和 MCA


    图 8.连接到 DP5 或 PX5 数字脉冲处理器和 MCA 的 A250 电荷灵敏前置放大器。


    将 DP5 连接到锗(HPGe)探测器


    图 9.连接到锗(HPGe)探测器的 DP5 数字脉冲处理器。各种材料。


    图 10.连接到锗(HPGe)探测器的 DP5 数字脉冲处理器。各种放射性同位素。

    应用指南 AN-DPP-003:将 DP5 与锗(HPGe)探测器配合使用


    DP5G 与闪烁体探测器和光电倍增管配合使用

    Amptek DP5G 是一款先进、高性能、低功耗的数字脉冲处理器,设计用于闪烁光谱测量系统。它连接到 PMT 的阳极,包括一个电荷灵敏前置放大器和一个数字脉冲处理器,该数字脉冲处理器取代了传统核光谱测量系统中的整形放大器和 MCA。与传统系统相比,DP5G 具有多种优势,包括更高的性能、更高的灵活性、小尺寸和低成本等。


    图 11.以实际尺寸(2 英寸 X 1.75 英寸)显示的 DP5G

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