Разработка быстродействующего канала АЦП, АЦП выходного тока ФЭУ в счетном режиме Опции

[NNikolaev]

Итак - система для снятия информации с ФЭУ работающего в паре с сцинтилляционным кристаллом NaI(Tl) или например бромидлантана.
Речь идет о оцифровке самого импульса с выхода ФЭУ.
Информация необходима для определения амплитуды импульса (задача спектрального разрешения элементов залегающих в горной породе), подсчета импульса (обычное ГК гамма каротаж естественной активности горных пород), разделение отклика кристалла от гамма - кванта и медленного нейтрона.
Система предполагается использовать в скваженном приборе совместно с импульсным генератором быстрых нейтронов. Поэтому загрузка предполагается большая + необходим мат аппарат по разделению наложившихся импульсов.
Итак железо:
АЦП: 14 разрядов 250 Mps TI ADS4149
АЦП работающая на LVDS 1.8 нагружена на ПЛИС M1A3P250 (бывший Actel) - тут же внутри ПЛИС процессор Cortex M1 - разворачивает спектр и считает импульсы далее все идет на CY7C68014A - для связки по USB c большим процессором (пока ПС) для отображения, записи, анализа и т.д.
Сейчас сделал корпуса и рисую схему. К концу недели выложу.
Вопросов несколько - кто знаком с алгоритмом обработки амплитуды импульса и разделения наложенных импульсов для их восстановления- я хочу попробывать в матлабе сделать и потом конвертнуть в жесткую логику. Но можно пока и на проце.
Синхронизироваться все будет от одного кварца и работать синхронно.
Кто в данной теме работает - пишите!
Начало работы было в теме:
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...p;#entry1077354
Продолжать разработку и обсуждать давайте здесь.

[mihalevski]

Итак - система для снятия информации с ФЭУ работающего в паре с сцинтилляционным кристаллом NaI(Tl) или например бромидлантана.
Речь идет о оцифровке самого импульса с выхода ФЭУ.


Характеристики импульсов с выхода ФЭУ (форма-спектр, распределение во времени). Отличие импульсов от гамма - кванта и медленного нейтрона. Что ждать от быстрых нейтронов.

[khach]

Осциллограммы реальных многоимпульсных событий в студию. Тогда можно будет и алгоритмы обсуждать. Возьмите любой нормальный цифровой скоп, как минимум 1 гигасемпл, а лучше выше. Полдключите к компу и попробуйте в лабвью или в самописной программе проанализировать много вариантов реальных сигналов. Если получится удовлетворительно- переносите в свою систему. При этом возможно, что размер плисы надо будет подбирать под алгоритм (не только сбор данных, но и дифференцирование например возможно надо делать в плисе а не процессоре). Не исключено, что понадобятся два канала оцифровки- один обычный , а второй для задержанного по времени сигнала (time differential методы обработки).

[NNikolaev]

Структурная схема предполагаемого устройства представлена ниже.
Попозже опишу комплектующие.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 19 2012, 09:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Осциллограммы реальных многоимпульсных событий в студию.

Достаточно осциллограммы отдельных импульсов (разных) сначала записать. А их наложение (линейное) уже можно получить на бумажке.
И еще проверить линейность ФЭУ не мешало бы.

[NNikolaev]

Осциллограммы реальных многоимпульсных событий в студию. Тогда можно будет и алгоритмы обсуждать. Возьмите любой нормальный цифровой скоп, как минимум 1 гигасемпл, а лучше выше. Полдключите к компу и попробуйте в лабвью или в самописной программе проанализировать много вариантов реальных сигналов. Если получится удовлетворительно- переносите в свою систему. При этом возможно, что размер плисы надо будет подбирать под алгоритм (не только сбор данных, но и дифференцирование например возможно надо делать в плисе а не процессоре). Не исключено, что понадобятся два канала оцифровки- один обычный , а второй для задержанного по времени сигнала (time differential методы обработки).

Запись такую я не смогу сейчас сделать, но реальный сигнал наблюдал и попробую его нарисовать.
Тут еще помимо технологической сложности существует еще одна специфическая вещь: при малых интенсивностях гамма кванты распределены по закону Пуансона и практического (иногда это конечно происходит) наложения не видно.
Работать с источником большой активности например более 1^6 в лаборатории никто не даст у нас только подсветки максимум 100 000 Бк (распад в секунду) ну а при работающем генераторе так ваще . Однако, что происходит я примерно представляю и Вам скоро нарисую и покажу.
Вы правы относительно (time differential методы обработки) - и делать это надо на регистрах задержки и автокорреляционных функций.
Сейчас ставлю матлаб и скачал лицензию для проектирования в матлабе и потом грузить алгоритм в плис уже.
Нужно решить следующие подзадачи:
1. Выделить фронт и спад сигнала.
2. Определить одиночный ли был импульс или наложенный.
3. Определить амплитуду наложенного импульса (сдвоенного, строенного) или одиночного
4. Определить среднюю нулевую линию для компарирования и отсечки уровня дискритизации
5. Создать систему подсчета импульсов и их распределения по амплитудам.
6. Может быть что нибудь еще?!


Быстрые нейтроны как правило имеют низкую эффективность регистрации - как правило хорошо когда 2% регистрируют. Нейтроны сначала термолизуют (водород - вода, парафин) до тепловых энергий ну а потом регистрируют.
У нас практическая информация идет из пласта Rэфф около 80 см где быстрые нейтроны уже термоизовались и идет поток характеристического гамма излучения.

Достаточно осциллограммы отдельных импульсов (разных) сначала записать. А их наложение (линейное) уже можно получить на бумажке.
И еще проверить линейность ФЭУ не мешало бы.

ФЭУ предпологаем использовать ФЭУ158 или японское Hamamatsu - ток питания делителя на уровне 2мА при 1400...1800 Вольт - это обеспечит линейный режим вне зависимости от нагрузки.
А Вы знаете методику как проверить линейность ФЭУ при значительной Анодной нагрузке?!

[Tanya]

А Вы знаете методику как проверить линейность ФЭУ при значительной Анодной нагрузке?!

Светодиодом или лазером.

[DS]

Как-то никто раньше так не делал в ядерных детекторах. Обычно два канала - длительность по constant fraction, и заряд. Наложенные события обычно отбрасывают - их анализ приводит к большим ошибкам, чем отбрасывание. Все (практически) частицы были открыты ДО появления супер-мега-семпловых АЦП, там техника анализа практически до совершенства доведена. Для обеспечения линейности при малом потреблении можно просто усножитель с соотв. емкостями использвать для питания динодов.

[Alex11]

Мы делали несколько лет назад такую деталь. Рекомендаций две: отбрасывать наложенные импульсы (их совершенно невозможно резделить правильно) и делать выделение амплитуды и сбор спектра на ПЛИС. Проц не успеет при больших загрузках. На ПЛИС можно сделать два комплекта накопителя спектра и переключать их быстро. Пока один копится, другой сливается в проц и очищается. У нас это жило на втором циклоне. Скорость АЦП, правда, была пониже - 100 МГц. Но с учетом проводимой обработки амплитуда считалась точно. Импульс с ФЭУ после усилителя был порядка 30-40 нс по полувысоте.

[NNikolaev]

Мы делали несколько лет назад такую деталь. Рекомендаций две: отбрасывать наложенные импульсы (их совершенно невозможно резделить правильно) и делать выделение амплитуды и сбор спектра на ПЛИС. Проц не успеет при больших загрузках. На ПЛИС можно сделать два комплекта накопителя спектра и переключать их быстро. Пока один копится, другой сливается в проц и очищается. У нас это жило на втором циклоне. Скорость АЦП, правда, была пониже - 100 МГц. Но с учетом проводимой обработки амплитуда считалась точно. Импульс с ФЭУ после усилителя был порядка 30-40 нс по полувысоте.

Да я именно так и хотел сделать.
Скажите а писали проект на veriloge (ну у альтеры там свой язык немного) или рисовали?!
Какое спектральное разрешение у Вас реально получилось?!

Светодиодом или лазером.

Это достаточно трудоемкий процесс - ведь нужно держать заданную мощность (ток?!) при высоких скоростях импульса - ну дапустим захотим мы изобразить активность 1^6 Бк - то есть 1 млн распадов в секунду. То есть мы должны моделировать поток светодиода (лазера) с такой частотой да еще заданную мощность в этот момент пропускать - но ведь и сам светодиод не линеен - то есть как определить сколько нужно дать сетодиоду тока, что бы он испустил скажем 500, 1000, 1500, 2000 фотонов ну и т.д.
Потом фотоны зарегистрируются фотокатодом, выбъют вторичку с динодов и наконец на аноде мы их соберем. Как же проверить линейность подобной системы?!

Да вот еще что - гамма кванты распределены случайным образом (закон пуансона) и значит нагрузка на делитель будет случайной величиной. Это ведь тоже как то надо смоделировать при управлении оптическим излучателем - иначе эксперимент не будет соответствовать реальной работе прибора .

Как-то никто раньше так не делал в ядерных детекторах. Обычно два канала - длительность по constant fraction, и заряд. Наложенные события обычно отбрасывают - их анализ приводит к большим ошибкам, чем отбрасывание. Все (практически) частицы были открыты ДО появления супер-мега-семпловых АЦП, там техника анализа практически до совершенства доведена. Для обеспечения линейности при малом потреблении можно просто усножитель с соотв. емкостями использвать для питания динодов.

Я Вам даже больше скажу - многие вещи сначала были выведены умозаключительно - например открытие нейтрона. И только после этого его подтвердили экспериментом. Я сейчас смотрю старые книги по ядерной электронике - 50 -60-70 годов и честно говоря поражаюсь энтузиазму людей того поколения. Я Вам так скажу - все что могли вытянуть из техники того времени - они вытянули. Вся методология метода которым мы занимаемся - это импульсные генераторы нейтронов - импульсно нейтронный гамма каротаж - все уже было сделано в 60 -70. Да нет автоматизировано, да все в аналогой форме и считали вручную - но ведь работало и нефть и газ находили. Мы сейчас просто выводим технический уровень (или стремимся его не потерять) но прорывных технологий на мой взгляд пока нет.
Ладно это лирика - давайте ближе к теме.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 20 2012, 03:58

[DS]

Вы не озвучили динамический диапазон, который Вам нужен - более шустрый АЦП - меньше эффективных разрядов - потеря диапазона... В Вашем случае наверняка можно обойтись запуском компаратора по порогу, и, поскольку длительность правильного импульса известна, замерить пик или интеграл. Если длина импульса не лезет в ворота, отбрасываете. Но если задача поиграться со скоростной логикокой, тогда другое дело...

Да, при 100 нс длины и 1 Мгц ожидаемого счета все у Вас будет не ахти и без учета неравномерной нагрузки на делитель. Посчитайте вероятность перекрытия импульсов. Поскольку сцинциллятор Вы не можете поменять, снижайте активность.

[Gate]

Прямая оцифровка импульсов с предусилителя детектора с последующей обработкой на плис - это mainstream современной ядерной физики. См. документацию на
www.amptek.com
www.xia.com
Там с полупроводниковых детекторов, но алгоритмы и проблемы описаны хорошо.
С сцинциляторов тоже снимают, но там импульсы с фэу идут по 10-20 нс длительностью, поэтому ставят ацп на 1 Ггц. Посмотрите в гугле, статей довольно много. Ищите что-то вроде "Digital filters for nuclear particle detectors" или "Digital Pulse Processing in Nuclear Physics"
Я занимался этой тематикой несколько лет назад, но бросил. Кстати, делал как и вы - модель в симулинке в hls studio , потом в altera cyclone II. Правда сигнал у меня был медленный - с полупроводникового детектора, после преда с постоянной времени что-то около 1 мкс. И загрузки были первые сотни тыс.
Кстати, synopsys model compiler (бывшая hls studio), который раздают в актеле, можно легко преобразовать в универсальный для любых fpga. Если нужно - пишите.

[vhlshik]

На NaI обычно начинают выделять импульсы из наложений, когда ооочень надо учесть побольше импульсов при больших загрузках
на NaI это > 100К. Можете глянуть труды последних 2-3 конференций NSS/MIC. Вкратце алгоритм (насколько я помню): наложение сравнивается с суммой, каждый элемент которой - это эталонный импульс (в данном случае от NaI) с неизвестной амплитудой и дискретной сдвижкой по времени. далее неизвестные коэффициенты находятся методом наименьшего квадратичного отклонения например.

NaI не разделяет нейтроны и гамма. Сечение как по тепловым, так и по быстрым нейтронам мало

[rudy_b]

Реальный импульс с быстрого ФЭУ нисколько не напоминает плавный экспоненциальный спад - это, как правило, кучки коротких всплесков. Это видно если посмотрите осциллом с хорошей полосой (порядка 500 МГц и лучше). Поэтому перед оцифровкой, его нужно аккуратно и точно обработать в аналоге - немного подинтегрировать. Но и после этого обнаружить наложение - весьма непросто - только при наложении на хвост с достаточно большой задержкой. Лучше этим совсем не озадачиваться, просто начинать регистрацию следующего импульса только после того, как хвост текущего упал ниже заданного уровня - иначе -пропускать с учетом мертвого времени. А наложения можно грубо сосчитать и скомпенсировать потом, в спектре.

А вот контроль постоянной составляющей сигнала (и, соответственно, порога срабатывания) - это важно. Особенно если тракт усилителя не по постоянному току сделан - тут прийдеться еще и хвост правильно формировать.

Ну и понятно, проц ничего обработать не успеет, вся обработка (форма, спектр, счетчики в окнах, мертвое время и т.д.) - только в PLD.

[DS]

Прямая оцифровка импульсов с предусилителя детектора с последующей обработкой на плис - это mainstream современной ядерной физики. См. документацию на
www.amptek.com
www.xia.com
Там с полупроводниковых детекторов, но алгоритмы и проблемы описаны хорошо.
С сцинциляторов тоже снимают, но там импульсы с фэу идут по 10-20 нс длительностью, поэтому ставят ацп на 1 Ггц. Посмотрите в гугле, статей довольно много. Ищите что-то вроде "Digital filters for nuclear particle detectors" или "Digital Pulse Processing in Nuclear Physics"
Я занимался этой тематикой несколько лет назад, но бросил. Кстати, делал как и вы - модель в симулинке в hls studio , потом в altera cyclone II. Правда сигнал у меня был медленный - с полупроводникового детектора, после преда с постоянной времени что-то около 1 мкс. И загрузки были первые сотни тыс.
Кстати, synopsys model compiler (бывшая hls studio), который раздают в актеле, можно легко преобразовать в универсальный для любых fpga. Если нужно - пишите.

Ставят 20 000 1ГГц АЦП на установку ? И потом на 20 000 циклонов обрабатывают ? Сколько реальных разрядов при ГГц оцифровке ? А там, где мэйнстрим и тысячи каналов в документации черным по белому требование - "динамический диапазоне не менее 1000". И Вы, кажется, путаете сцинциляционные и Черенковские счетчики - 10 нс - это как-то больше похоже на Черенковский счетчик.

Сигнал с ФЭУ - это экспонента, если все нормально сделано, не сбивайте человека с толку. Сцинциллятор накачивается энергией, потом излучение спадает по экспоненте. Откуда там пичкам взяться ? Кучки всплесков, это когда эффективность счета ничтожная, отдельные кванты не сливаются. Тогда да, будут 5 - 10 нс импульсы. Но какую амплитуду в таком режиме намерить можно ?

[Gate]

И Вы, кажется, путаете сцинциляционные и Черенковские счетчики - 10 нс - это как-то больше похоже на Черенковский счетчик.

Сцинцилляторы бывают разные, в том числе и с временем высвечивания единицы нс (пластиковые, см. например http://www.azimp.ru/catalogue/111/35/ ). У NaI, конечно, больше сотни нс.
Что же касается слова "mailstream", которое Вам так не понравилось - ну давайте назовем "мода". По крайней мере, цифровая обработка позволяет разделять частицы по форме импульса.

[vhlshik]

Сигнал с ФЭУ - это экспонента, если все нормально сделано, не сбивайте человека с толку. Сцинциллятор накачивается энергией, потом излучение спадает по экспоненте. Откуда там пичкам взяться ? Кучки всплесков, это когда эффективность счета ничтожная, отдельные кванты не сливаются. Тогда да, будут 5 - 10 нс импульсы. Но какую амплитуду в таком режиме намерить можно ?

Высвечивание - случайный процесс, и пички конечно есть. rudy_b прав. но для данного применения это не имеет особого значения.

[NNikolaev]

Вы не озвучили динамический диапазон, который Вам нужен - более шустрый АЦП - меньше эффективных разрядов - потеря диапазона... В Вашем случае наверняка можно обойтись запуском компаратора по порогу, и, поскольку длительность правильного импульса известна, замерить пик или интеграл. Если длина импульса не лезет в ворота, отбрасываете. Но если задача поиграться со скоростной логикокой, тогда другое дело...

Да, при 100 нс длины и 1 Мгц ожидаемого счета все у Вас будет не ахти и без учета неравномерной нагрузки на делитель. Посчитайте вероятность перекрытия импульсов. Поскольку сцинциллятор Вы не можете поменять, снижайте активность.

Спасибо DS!
Однако снижать активность вряд ли получится - потому, что от выхода генератора зависит эффективный радиус действия прибора. При снижении активности мы будем в основном регистрировать среду вокруг прибора, колонну и заколонный камень (цемент) - информация о пласте просто потеряется на фоне этого сигнала.

Прямая оцифровка импульсов с предусилителя детектора с последующей обработкой на плис - это mainstream современной ядерной физики. См. документацию на
www.amptek.com
www.xia.com
Там с полупроводниковых детекторов, но алгоритмы и проблемы описаны хорошо.
С сцинциляторов тоже снимают, но там импульсы с фэу идут по 10-20 нс длительностью, поэтому ставят ацп на 1 Ггц. Посмотрите в гугле, статей довольно много. Ищите что-то вроде "Digital filters for nuclear particle detectors" или "Digital Pulse Processing in Nuclear Physics"
Я занимался этой тематикой несколько лет назад, но бросил. Кстати, делал как и вы - модель в симулинке в hls studio , потом в altera cyclone II. Правда сигнал у меня был медленный - с полупроводникового детектора, после преда с постоянной времени что-то около 1 мкс. И загрузки были первые сотни тыс.
Кстати, synopsys model compiler (бывшая hls studio), который раздают в актеле, можно легко преобразовать в универсальный для любых fpga. Если нужно - пишите.

Вы как раз в этой теме!
Мы тоже подумали о полупроводниковом детекторе - но это более серьезная тема - нужен микрохолодильник или хранилище жидкого азота - ну вы понимаете делать все это в приборе диаметром 70..100 мм очень проблематично - мы решили испытать на NAI а потом перейти уже на бромид лантана - правда он очень дорог пока.
программирую я на Verilog и кристаллы от актеля - сейчас работаем в основном на APA150 - но вот эту систему буду делать на А3Р250. Спасибо заранее за помощь как только начнем работы с алгоритмом плис отпишу.

[DS]

Сцинцилляторы бывают разные, в том числе и с временем высвечивания единицы нс (пластиковые, см. например http://www.azimp.ru/catalogue/111/35/ ). У NaI, конечно, больше сотни нс.
Что же касается слова "mailstream", которое Вам так не понравилось - ну давайте назовем "мода". По крайней мере, цифровая обработка позволяет разделять частицы по форме импульса.

Так у пластиковых вообще можно считать постоянную ноль, она меньше длины импульса фотодетектора обычно. 10-20 нс - это какой-то редкий сцинтиллятор. Мода - да есть такое дело. Это уже с "новым поколением" связано, которому вместо того, чтобы головой думать, охота кодить на HDL, и пусть железная машина голову ломает. По крайней мере я на обсуждениях видел только такие соображения. Форму ловить, наверное, надо в каких-то редких случаях, может там и полезно процифровать. Но это когда информация о форме импульса "стоит" больше амплитудно-временных параметров. Обычно как раз форма и так заранее известна.

[NNikolaev]

На NaI обычно начинают выделять импульсы из наложений, когда ооочень надо учесть побольше импульсов при больших загрузках
на NaI это > 100К. Можете глянуть труды последних 2-3 конференций NSS/MIC. Вкратце алгоритм (насколько я помню): наложение сравнивается с суммой, каждый элемент которой - это эталонный импульс (в данном случае от NaI) с неизвестной амплитудой и дискретной сдвижкой по времени. далее неизвестные коэффициенты находятся методом наименьшего квадратичного отклонения например.

NaI не разделяет нейтроны и гамма. Сечение как по тепловым, так и по быстрым нейтронам мало

Спасибо за намек на конференцию NSS/MIC, правда я не нашел ее публикаций - на официальном сайте только през релиз о новой конференции - если не сложно тыкните ссылкой на хранилище.

И вот далее
наложение сравнивается с суммой, каждый элемент которой - это эталонный импульс (в данном случае от NaI) с неизвестной амплитудой и дискретной сдвижкой по времени. далее неизвестные коэффициенты находятся методом наименьшего квадратичного отклонения например.
Это очень интересно - наверно это должно быть "Ядром" анализа одиночного или сдвоенного импульса - я еще подумал о маске - которая будет как бы подстраираваться под амплитуду входного импульса и если отклонение от маски значительны - значит импульс сдвоенный и его надо анализировать отдельно или выкидывать.
Я подумаю еще об этом.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 07:27

[DS]

Высвечивание - случайный процесс, и пички конечно есть. rudy_b прав. но для данного применения это не имеет особого значения.

Кроме высвечивания, еще и количество электронов случайно от каждого фотона. Но, чтобы обсуждать серьезно то, что в этой теме написано, нужно, чтобы кривая была гладкая, с шумом sqrt(n). Если до этого не хватает - представьте результат случайных выборок от пичков при оцифровке через 4 нс. Тогда задача однозначно должна решаться аналоговым интегрированием, да еще проблемы будут с отбраковкой ложных/порченных ипульсов. Результат будет, скорее всего весьма посредственный. Короче, в таких случаях надо уже сам детектор дорабатывать.

[NNikolaev]

Реальный импульс с быстрого ФЭУ нисколько не напоминает плавный экспоненциальный спад - это, как правило, кучки коротких всплесков. Это видно если посмотрите осциллом с хорошей полосой (порядка 500 МГц и лучше). Поэтому перед оцифровкой, его нужно аккуратно и точно обработать в аналоге - немного подинтегрировать. Но и после этого обнаружить наложение - весьма непросто - только при наложении на хвост с достаточно большой задержкой. Лучше этим совсем не озадачиваться, просто начинать регистрацию следующего импульса только после того, как хвост текущего упал ниже заданного уровня - иначе -пропускать с учетом мертвого времени. А наложения можно грубо сосчитать и скомпенсировать потом, в спектре.

А вот контроль постоянной составляющей сигнала (и, соответственно, порога срабатывания) - это важно. Особенно если тракт усилителя не по постоянному току сделан - тут прийдеться еще и хвост правильно формировать.

Ну и понятно, проц ничего обработать не успеет, вся обработка (форма, спектр, счетчики в окнах, мертвое время и т.д.) - только в PLD.

Я бы тут добавил это сумма экспоненциальных спадов, причем есть быстрая экспонента, а есть медленная - так вот эта медленная и определяет в основном хвост - тут уже писали об этом.
Если сцинтиллятор пластик - он высвечивает быстро но в основном поток вторичных электронов значительно меньше чем у NAI.
Я бы сказал еще точнее NAI - практически плохо работает и он имеет серъезные недостатки по разрешению спектра. Но он дешев и надо с чем то начинать работать. Потом купим дорогой как будут результаты.

Кроме высвечивания, еще и количество электронов случайно от каждого фотона. Но, чтобы обсуждать серьезно то, что в этой теме написано, нужно, чтобы кривая была гладкая, с шумом sqrt(n). Если до этого не хватает - представьте результат случайных выборок от пичков при оцифровке через 4 нс. Тогда задача однозначно должна решаться аналоговым интегрированием, да еще проблемы будут с отбраковкой ложных/порченных ипульсов. Результат будет, скорее всего весьма посредственный. Короче, в таких случаях надо уже сам детектор дорабатывать.

Не будет ли емкость кабеля выхода анода например являться неким интегратором - потом у всех дифференциальных АЦП - есть на входе небольшая 3..5 ПФ но емкость - потом я сейчас буду добавлять информацию о входных частях устройства - там есть транформаторная развязка - она наверно тоже сыграет свою роль в ограничении входного спектра тока высвечивания. Как считаете?!

[DS]

И вот далее
наложение сравнивается с суммой, каждый элемент которой - это эталонный импульс (в данном случае от NaI) с неизвестной амплитудой и дискретной сдвижкой по времени. далее неизвестные коэффициенты находятся методом наименьшего квадратичного отклонения например.
Это очень интересно - наверно это должно быть "Ядром" анализа одиночного или сдвоенного импульса - я еще подумал о маске - которая будет как бы подстраираваться под амплитуду входного импульса и если отклонение от маски значительны - значит импульс сдвоенный и его надо анализировать отдельно или выкидывать.
Я подумаю еще об этом.

Да Вы в таблицу сначала выпишите вероятности перекрытия, на сколько перектрывается, сколько у Вас шума в импульсе, когда Вы можете их разделить, когда нет. Думаю, что после этого выяснится, что после долгих плясок на ПЛИСе можно увеличить эффективность на 5% или меньше. Вы как-то очень быстро бежите впереди тех. задания. Вам какое разрешение по энергии нужно ? Если 100 - одно дело, тут как не делай, все будет работать, и не надо особо добирать сложенными импульсами. Если 1000 - это совсем другое дело, и вряд ли Вам качества исходных импульсов хватит, чтобы их с такой достоверностью разделить - замажете себе статистику. Тут даже скорее одиночные "плохие" импульсы по каким-то критериям придется отбрасывать.

Но если задача - "освоение" ПЛИСа - то это другое дело, конечно.

Не будет ли емкость кабеля выхода анода например являться неким интегратором - потом у всех дифференциальных АЦП - есть на входе небольшая 3..5 ПФ но емкость - потом я сейчас буду добавлять информацию о входных частях устройства - там есть транформаторная развязка - она наверно тоже сыграет свою роль в ограничении входного спектра тока высвечивания. Как считаете?!

Обычно грузят ФЭУ на 50 ом, если он стоит в радиоактивной зоне, например, и через пару метров - усилители. Или (что лучше) - сразу преобразователь ток-напряжение - потом уже согласование со входами АЦП. Так что емкости кабеля в счет не идут. Насчет емкости на входе - я тут по ходу познакомился с термином "подинтегрировать" у детекторщиков. Сразу скажу, если выписать формулы, видно, что от такого "подинтегрирования" лучше не становится, может быть только хуже. Хотя, без подумать многим кажется, что наоборот.

[vhlshik]

Спасибо за намек на конференцию NSS/MIC, правда я не нашел ее публикаций - на официальном сайте только през релиз о новой конференции - если не сложно тыкните ссылкой на хранилище.

Бесплатного хранилища нет. Если у вас нет подписки на ieeexplore или подобного, просмотрите абстракты и напишите, я попробую достать

[Tanya]

Спасибо DS!
Однако снижать активность вряд ли получится - потому, что от выхода генератора зависит эффективный радиус действия прибора. При снижении активности мы будем в основном регистрировать среду вокруг прибора, колонну и заколонный камень (цемент) - информация о пласте просто потеряется на фоне этого сигнала.

А уменьшить свет диафрагмой или объем сцинтиллятора? Перекрытие импульсов должно быть редким событием. Ведь сам по себе отдельный импульс... его форма - статистическая вещь....

[Gate]

Мы тоже подумали о полупроводниковом детекторе - но это более серьезная тема - нужен микрохолодильник или хранилище жидкого азота - ну вы понимаете делать все это в приборе диаметром 70..100 мм очень проблематично - мы решили испытать на NAI а потом перейти уже на бромид лантана - правда он очень дорог пока.

Мы использовали холодильник Пельтье в переносном приборе.

программирую я на Verilog и кристаллы от актеля - сейчас работаем в основном на APA150 - но вот эту систему буду делать на А3Р250. Спасибо заранее за помощь как только начнем работы с алгоритмом плис отпишу.

У меня есть подозрение, что построить datapath на 250 Мгц в APA есть задача нереализуемая. Впрочем, с актелом я давно дело не имел, могу и ошибаться.

[NNikolaev]

Мы использовали холодильник Пельтье в переносном приборе.

У меня есть подозрение, что построить datapath на 250 Мгц в APA есть задача нереализуемая. Впрочем, с актелом я давно дело не имел, могу и ошибаться.

Нет конечно APA не потянет 250 Мгц - я буду на A3P делать. У APA мы разгоняли до 150 и то входной буфер и в паралель сразу данные А та у меня она работает на 2 и 14 Мгц.
Насчет пельтье - там такая весчь в скважине - что тепло идет из скважины и надо как то отводить горячую сторону. Но это отдельная, очень интересная тема.


Спасибо большое за вводные комментарии - хотелось бы услышать по структурной схема комментарии - далее я буду выкладывать функциональные, схемотехнические решения, алгоретмические решения, хотелось бы обсудить их до принятия конечного решения. Начнем с трансформаторной развязки.
Вот TI рекомендует в своем документе на ADS1449 трансформаторную развязку - причем я так понял постоянная составляющая отсекается принципиально:

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png

В схемотехнике демобоард лежит которая вот тут:
http://www.ti.com/litv/pdf/slwu067c

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
рекомендуются входные трансформаторы:

ADT1-1WT
WBC1-1
Смотрим даташеет на эти трансформаторы и видим что средней точки на первичке нет у этих трансформаторов

http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png
http://electronix.ru/forum/style_images/1/.../attach_add.png

Это потверждает и сам TI развязка сигнала тактирования - на второй картинке - вывод подходит но не подсоединяется к средней точке.
Так что же лучше взять
ADT1-1WT или WBC1-1?!

Смотрел еще трансформаторы, что бы средняя точка была еще на первичке и вторичке но там падает частота пропускания до 200 Мгц и как правило он повышающий.
Нам надо 1:1 и 50 Ом входной импеданс.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 09:06

Эскизы прикрепленных изображений

 

[DS]

А уменьшить свет диафрагмой или объем сцинтиллятора? Перекрытие импульсов должно быть редким событием. Ведь сам по себе отдельный импульс... его форма - статистическая вещь....

Надо уменьшить количество событий (гамма-квантов, нейтронов). Свет, наоборот, надо по возможности весь собирать. И объем сцинтиллятора тоже надо как можно больше. Тут задача сосчитать фотоны, которые вылетают от отдного гамма кванта, и построить зависимость поличества событий от количества фотонов. Т.е. в одном импульсе фотонов много, это не счетный режим, а скорее токовый.

Если длительность светового импульса 100 нс (опять же вопрос - сколько там тау сцинтилятора уложено ?), то при 1 М событий/сек вероятность перекрытия не такая уж и маленькая, но надо считать, насколько все это будет мешать. Не озвучено ведь, какое надо спектральное разрешение.

[NNikolaev]

Надо уменьшить количество событий (гамма-квантов, нейтронов). Свет, наоборот, надо по возможности весь собирать. И объем сцинтиллятора тоже надо как можно больше. Тут задача сосчитать фотоны, которые вылетают от отдного гамма кванты, и построить зависимость поличества событий от количества фотонов. Т.е. в одном импульсе фотонов много, это не счетный режим, а скорее токовый.

Если длительность светового импульса 100 нс (опять же вопрос - сколько там тау сцинтилятора уложено ?), то при 1 М событий/сек вероятность перекрытия не такая уж и маленькая, но надо считать, насколько все это будет мешать. Не озвучено ведь, какое надо спектральное разрешение.

Спектральное разрешение на уровне полувысоты пика Cs137 - 662 КэВ у NAI не более 13% по паспорту.
Задача декомпозиции спектра основослагающих элементов земной коры:
H, О, С, NA, Mg, Cl, Ca, Al, Fe, Ti - то есть по полученному спектру с прибора необходимо путем декомпозиции выявить по спектральному паспорту наличие элемента и его процентный состав в пространстве.
Данная литология в дальнейшем при применении отдельно алгоритмов импульсного нейтронного гамма каротажа (по спуску интегрального счета) позволит выявлять пропласки в которых находится нефть или вода (по нейтронным свойствам эти два вещества практически ведут себя идентично и индикатором в настоящее время является хлор в виде поваренной соли NaCl - которая присутствует в глубоких пластах волго-уральской провинции и поэтому растворяясь в воде явственно их контрастирует по сравнению с нефтью, где она не растворима.
К сожалению в западной сибири весь горизонт практически пресен и метод не работает.
А у нас (в Башкирии) нефть практически закончилась...ну вы и сами все понимаете.
Пока оставим спектральное разрешение на уровне 8..10%
Бромид лантана дает очень хорошие характеристические спектры на уровне разрешения 1..2% (чем ниже тем лучше).

Надо уменьшить количество событий (гамма-квантов, нейтронов). Свет, наоборот, надо по возможности весь собирать. И объем сцинтиллятора тоже надо как можно больше. Тут задача сосчитать фотоны, которые вылетают от отдного гамма кванты, и построить зависимость поличества событий от количества фотонов. Т.е. в одном импульсе фотонов много, это не счетный режим, а скорее токовый.

Если длительность светового импульса 100 нс (опять же вопрос - сколько там тау сцинтилятора уложено ?), то при 1 М событий/сек вероятность перекрытия не такая уж и маленькая, но надо считать, насколько все это будет мешать. Не озвучено ведь, какое надо спектральное разрешение.

Вот как получается - тау NAI около 250 нс. Получается на импульс одиночный (фронт у него крутой, спад пологий - затухающая экспонента) надо брать 3..4 тау. получается около 1 мкс.
Мы сейчас сделали аналоговое компарирование то есть ток с фэу идет на преобразователь ток напряжение на ОУ и далее компарируется по уровню дискриминации. далее стоит ячейка с мертвым временем 1.5 мкс - для разравнивания поступающих импульсов для счета счетчиком в ПЛИС.
Мы настраиваем по америцию 241 - 59 кэВ так вот при такой настройке и при мертвом времени 1.5 мкс после запуска генератора быстрых нейтронов (импульс 1.5..3 мкс энергия быстрых нейтронов 14 МэВ, выход 2^8 н/с) проходит где то 150 мкс пауза потом фиксируем отклик пласта по радиационному захвату - так вот в первом окне 40 мкс залетает 20..22 гамма квантов - причем на графике видно полку - то есть кристалл просто светится весь от активности, потом она спадает до 5..6 гамма квантов на нет.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jul 23 2012, 09:42

[DS]

Так если Вам всего сотня (по энергиям, я не путаю ? Просто Вы уже сразу в своей терминологии пишете) нужна, зачем такие большие сложности и обработка наложенных импульсов. Тут, видимо, точно сгодится это самое "подинтегрирование" - завалисть с помощью (RC несколько меньше тау сцинтиллятора) сигнал с ФЭУ, чтобы он гладкий был. Тогда можно резко сбросить частоту квантования, и все у Вас упростится. Дальше проверяете форму (длительность импульса, причем для упрощения можно компаратором делать), берете или пик или интеграл, отбрасываете брак из статистики. 250 Мгц и много разрядов тут явно избыточно - из-за 800 Мгц полосы T/H может еще и хуже стать (Выборка будет выхватывать все случайные флуктуации сигнала, и они войдут в сигнал как шум.)
Брать аккуратный аналоговый интеграл и его сэмлить тут избыточно сложно.

А при таких временах 10 Мгц цифровать и в DSP не попроще будет ? У Вас получается для получения по энергиям на уровне 100 надо 4.6 тау т.е. надо 1.2 мкс примерно после фронта игнорировать импульсы. При 1 М событий тут все на все налезет. Тут как раз для DSP задачка - выделить по производным передние фронты и попытаться размотать, от какой подставки импульс подскочил.

Причина редактирования: добавление (пока писал, пост добавился))

[NNikolaev]

По энергиям вот как получается:
В природе основной характеристический спектр сосредоточен до уровня 2..3 Мэв.
у кислорода есть сильные пики на 7 Мэв - и их надо тоже различать. В классической ГК спектрометрии формируют так называемые три группы :Ka U Th у тория самая большая энергия 2.3 Мэв у калия 1.4 Мэв у урана около 1 Мэв.
Думаю динамический диапазон надо брать с 200 кЭв до 7..10 Мэв
В любом случае 10..12 разрядов точности я думаю можно будет вытянуть.

А при таких временах 10 Мгц цифровать и в DSP не попроще будет ?

Пока не могу ответить на Ваш вопрос.

[rudy_b]

...Сигнал с ФЭУ - это экспонента, если все нормально сделано, не сбивайте человека с толку. Сцинциллятор накачивается энергией, потом излучение спадает по экспоненте. Откуда там пичкам взяться ? Кучки всплесков, это когда эффективность счета ничтожная, отдельные кванты не сливаются. Тогда да, будут 5 - 10 нс импульсы. Но какую амплитуду в таком режиме намерить можно ?

Кроме высвечивания, еще и количество электронов случайно от каждого фотона. Но, чтобы обсуждать серьезно то, что в этой теме написано, нужно, чтобы кривая была гладкая, с шумом sqrt(n). Если до этого не хватает - представьте результат случайных выборок от пичков при оцифровке через 4 нс. Тогда задача однозначно должна решаться аналоговым интегрированием, да еще проблемы будут с отбраковкой ложных/порченных ипульсов. Результат будет, скорее всего весьма посредственный. Короче, в таких случаях надо уже сам детектор дорабатывать.

DS, вы, вероятно, никогда не работали с быстрыми ФЭУ и сцинтилляторами, потому так и говорите. Нам как-то пришлось решать подобную задачку для нейтронного томографа. Там тот же импульсный нейтронный генератор и те же проблемы, но посложнее - нужно было сделать именно томограф, т.е. не только определять вещество, но и обеспечивать пространственное разрешение порядка 10 см, а для этого нужно было еще и определять время поступления импульса с точностью порядка 2 нс. Вот тогда мы и посмотрели, что реально имеется на выходе ФЭУ от BGO сцинтиллятора. Небольшое и точно дозированное интегрирование сигнала заметно помогло и временное разрешение только улучшило. Амплитудное от этого почти не зависит, поскольку все равно идет суммирование по пику.

Нет конечно APA не потянет 250 Мгц - я буду на A3P делать. У APA мы разгоняли до 150 и то входной буфер и в паралель сразу данные А та у меня она работает на 2 и 14 Мгц.

По поводу скорости - описанная задачка решалась на циклон-2 (400 МГц). Нормально получается обработка двух каналов (10 бит) с частотой оцифровки 100 МГц. Обработка - это выделение импульса, определение момента его прихода (лучше 2 нс), интеграл сигнала (точнее - определение максимума и суммирование в заданном интервале), защита от наложений (блокировка с учетом мертвого времени), спектры (амплитудный и временной) ну и еще всякие мелочи. По оценкам можно было-бы работать и с оцифровкой до 200 Мгц, но не потребовалось.

Да, там и разделение гамма-нейтроны тоже получалось, но обошлись без этого.

...рекомендуются входные трансформаторы:

А вот с транформаторами связываться не стоит - сразу возникнет задача восстановления нулевой линии, а это противно.

[DS]

Да как бы ФЭУ все быстрые - фотоэффек-то мгновенное дело. Они различаются, конечно, по скорости, но уже в нс/пс области.
У меня весь диапазон 3 нс обычно. 30 пс разрешения уже результат так себе ...

У NaI на гамма квант 1 МэВ вылетит более 40 000 фотонов. т.е. более 1000 фотонов в интервал 10 нс в начале экспоненты. Если, конечно, у Вас эффективность фотодетектора 0.1 -0.5%, то Вы увидите отдельные пички. В остальных случаях (при большей эффективности) будет зашумленная экспонента.

NNikolaev:

Подумайте о следующей конструкции - оцифровка 10 Мгц, фильтр первого порядка с тау 35 нс. Отдельно после ФЭУ диф. цепочка и компаратор - детектор фронта импульса - на прерывание DSP и таймер с разрешением 10 нс (в DSP или отдельно), считает интервал от фронта до строба АЦП (результат 0 - 10).

[NNikolaev]

DS, вы, вероятно, никогда не работали с быстрыми ФЭУ и сцинтилляторами, потому так и говорите. Нам как-то пришлось решать подобную задачку для нейтронного томографа. Там тот же импульсный нейтронный генератор и те же проблемы, но посложнее - нужно было сделать именно томограф, т.е. не только определять вещество, но и обеспечивать пространственное разрешение порядка 10 см, а для этого нужно было еще и определять время поступления импульса с точностью порядка 2 нс. Вот тогда мы и посмотрели, что реально имеется на выходе ФЭУ от BGO сцинтиллятора. Небольшое и точно дозированное интегрирование сигнала заметно помогло и временное разрешение только улучшило. Амплитудное от этого почти не зависит, поскольку все равно идет суммирование по пику.


По поводу скорости - описанная задачка решалась на циклон-2 (400 МГц). Нормально получается обработка двух каналов (10 бит) с частотой оцифровки 100 МГц. Обработка - это выделение импульса, определение момента его прихода (лучше 2 нс), интеграл сигнала (точнее - определение максимума и суммирование в заданном интервале), защита от наложений (блокировка с учетом мертвого времени), спектры (амплитудный и временной) ну и еще всякие мелочи. По оценкам можно было-бы работать и с оцифровкой до 200 Мгц, но не потребовалось.

Да, там и разделение гамма-нейтроны тоже получалось, но обошлись без этого.


А вот с транформаторами связываться не стоит - сразу возникнет задача восстановления нулевой линии, а это противно.

Расскажите больше о Вашем проекте - очень интересно - самое главное - для чего нужен такой тамограф?!
У вас входная цепь была на полностью дифференциальном усилителе или сначала вы ставили преобразователь ток -напряжение потом ПДУ на работу АЦП?! Сколько каналов у вас было ФЭУ - если 2 то у вас скан система еще была?! Если не военная тайна то как в кратце выделяли пик и блокировку на мертвое время ?!
Заранее спасибо!
Насчет трансформатора - так с ОУ тоже нулевая линия уходит - может ее как то оценивать между импульсами и компенсировать потом?! Я видел в аналоговой схеме компенсация нуля полюсом - ну это что бы средняя линия была более менее постоянна - но эта вещь как я понял зависит от загрузки. Как у Вас было?!

Да как бы ФЭУ все быстрые - фотоэффек-то мгновенное дело. Они различаются, конечно, по скорости, но уже в нс/пс области.
У меня весь диапазон 3 нс обычно. 30 пс разрешения уже результат так себе ...

У NaI на гамма квант 1 МэВ вылетит более 40 000 фотонов. т.е. более 1000 фотонов в интервал 10 нс в начале экспоненты. Если, конечно, у Вас эффективность фотодетектора 0.1 -0.5%, то Вы увидите отдельные пички. В остальных случаях (при большей эффективности) будет зашумленная экспонента.

NNikolaev:

Подумайте о следующей конструкции - оцифровка 10 Мгц, фильтр первого порядка с тау 35 нс. Отдельно после ФЭУ диф. цепочка и компаратор - детектор фронта импульса - на прерывание DSP и таймер с разрешением 10 нс (в DSP или отдельно), считает интервал от фронта до строба АЦП (результат 0 - 10).

Скажите а ДСП само по себе будет эффективнее ПЛИС в данном случае - какие у него преимущества в логике кода - или скорости - что даст ДСП?! Будет ли это в дальнейшем сдерживать развитие проекта?!

[rudy_b]

Расскажите больше о Вашем проекте - очень интересно - самое главное - для чего нужен такой тамограф?!

Это делалось для обнаружения взрывчатки по хим. составу в багаже, под землей и т.п. Самое интересное, что реально работала .

Описание железа (несколько устаревшее) и последней программы есть тут, базовой программы - тут.

У вас входная цепь была на полностью дифференциальном усилителе или сначала вы ставили преобразователь ток -напряжение потом ПДУ на работу АЦП?! Сколько каналов у вас было ФЭУ - если 2 то у вас скан система еще была?! Если не военная тайна то как в кратце выделяли пик и блокировку на мертвое время ?!

Входная цепь на полном диф. усилителе. Постоянное смещение оперов не плывет, поэтому достаточно измерить среднее значение до начала работы и скорректировать нулевую линию программно. Но даже это, как правило, не требуется - все стоит мертво.

В стандартном варианте - от 8 до 12 каналов.

В описании программы показано как определяются импульсы. На самом деле все несколько сложнее, есть несколько вариантов обработки (в частности учет уровня и наклона непосредственно перед импульсом), но реально этого не потребовалось.

Насчет трансформатора - так с ОУ тоже нулевая линия уходит - может ее как то оценивать между импульсами и компенсировать потом?! Я видел в аналоговой схеме компенсация нуля полюсом - ну это что бы средняя линия была более менее постоянна - но эта вещь как я понял зависит от загрузки. Как у Вас было?!

Насчет компенсации нуля полюсом - это, в некотором роде, сказки для начинающих, полной компенсации, практически, не добиться. Лучше делать весь тракт по постоянке.

Стандартная загрузка - 200-300 кГц, реально смещения пиков нет до 500 кГц. Максимальная - до 3-5 Мгц, но уже начинается уширение и сдвиг пиков, приемлемое, но мешает при разборке спектров.

Да, забыл уточнить для DS. Аналоговое интегрирование до АЦП нужно еще и для того, чтобы убрать алиас. И еще, хоть они и дают полосу АЦП более 200 МГц, но, судя по всему, его УВХ не справляется при наличии быстрых перепадов. Небольшое интегрирование + цифровая фильтрация (сглаживание по 2-5 точкам) заметно улучшает временные параметры.

[NNikolaev]

Это делалось для обнаружения взрывчатки по хим. составу в багаже, под землей и т.п. Самое интересное, что реально работала .

Да ВНИИА значит добили трубку с меченными нейтронами. спасибо rudy_b за информацию. Очень полезно. мы тоже управляемые генераторы делаем. но у нас специфика геофизика промысловая.

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[rudy_b]

Этой разработке уже лет 7, примерно.

Да, не сразу сообразил про компенсацию полюса нулем. Если вы имели ввиду технологию укорачивания импульса компенсацией экспоненциального спада - то она не работает на ФЭУ, это только для ППД - там спад действительно экспоненциальный. Но и для ППД лучше не использовать, гораздо правильнее хорошо сформировать импульс.

[DS]

Скажите а ДСП само по себе будет эффективнее ПЛИС в данном случае - какие у него преимущества в логике кода - или скорости - что даст ДСП?! Будет ли это в дальнейшем сдерживать развитие проекта?!

У ДСП больше гибкости, когда есть запас по скорости, да и при одной стоимости чипа скорость вычислений больше на порядок. Для Вашего конкретного случая - умеренная скорость, импульсы точно в наложении друг на друга, думаю, что ДСП лучше. Если замените сцинтиллятор на другой, надо снова смотреть, что получится. В данной задаче ПЛИСина проиграет ДСП, потому что наверняка логика обработки не будет линейной, а вычислений здесь не так уж и много предвидится - экспоненты точно можно аппроксимировать табличкой из 256 значений.
А эффективность счета Вы свою знаете ? Т.е.какой процент фотонов доходит из сцинтиллятора до катода умножить на квантовый выход катода ФЭУ ?

[rudy_b]

ДСП просто не успеет - даже при 100 МГц оцифровки, только ПЛИС. В ней все операции проводятся по частям в конвейере - в результате все куски обработки производятся параллельно. Кусков много, поэтому реальная скорость обработки в ПЛИС раз в 10-20 больше ее тактовой частоты. ДСП даже с тактовой частотой 1 ГГц не успеет, прикидывали.

Но, если нельзя просто и тупо выбрасывать результат в какую-то шину, без ДСП или весьма быстрого проца тоже не обойтись - он держит все интерфейсы обмена. Мы использовали тандем - циклон + TMS320 - очень удобно получается.

[dsp_counter]

А можно узнать текущее состояние дел?

[NNikolaev]

А можно узнать текущее состояние дел?

Всем, кто читает эту тему, доброе время суток!
Сообщаю, что сделано на сегодня:
1. Электрическая схема блока в целом устоялась.
2. Блок практически разведен на двух платах 25х125 мм, на одной реализован тракт передачи и обработки информации, на другой блок питания, супервизор и интерфейс связи.
Одна плата 4-х слойная, другая наверно 2-х слойная, но посмотрим
3. Приобретена плата для отработки связи USB под Linux.

Дома интернета пока нет - так, что буду писать с работы.
Через неделю плату доведу до кондиции и будем паять.
Пока, вот на Ваш строгий взгляд:

Эскизы прикрепленных изображений

 

[khach]

Вопрос. Коллеги, как вы при оцифровке импульсов с ФЭУ боретесь с pipeline очередью АЦП? Или АЦП молотит постоянно? А то наблюдались интересные эффекты в связи с неопределенностью времени прихода импульса по отношению к моменту срабатывания УВХ АЦП. Очень напрашивается интегратор со сбросом перед АЦП. Как это выглядит на современной схемотехнике?

[DS]

АЦП молотит постоянно, конечно. А с стальным имеются тонкости в зависимости от конкретной реализации. Но общая идея - да, интегратор со сбросом. Схемотехника примерно такая, как и в старые времена, но на новый лад.

Хотя это к чему прмиенять - если надо в среднем 100 КГц собирать - pipeline АЦП - расточительство. А вот если 40 МГц - тогда самый раз.

[NNikolaev]

Вопрос. Коллеги, как вы при оцифровке импульсов с ФЭУ боретесь с pipeline очередью АЦП? Или АЦП молотит постоянно? А то наблюдались интересные эффекты в связи с неопределенностью времени прихода импульса по отношению к моменту срабатывания УВХ АЦП. Очень напрашивается интегратор со сбросом перед АЦП. Как это выглядит на современной схемотехнике?

Тут молотит постоянно с тактовой частотой - передает код в паралель - типа паралельный АЦП. А импульсы уже на аппаратном уровне выделяют. Увх как такового нет тут - ну есть конечно конденсатор 3 пФ

[khach]

Хотя это к чему прмиенять - если надо в среднем 100 КГц собирать - pipeline АЦП - расточительство. А вот если 40 МГц - тогда самый раз.

Импульсы то идут с частотой 100 кгц или около, а вот с длиной импульса проблемы- перешли с ФЭУ на MCP умножители, у MCP импульсы короткие очень- сотни пикосекунд. Т.е за апертурное время АЦП успевает и начаться, и кончится. Что то конечно электроника видит, но вот что именно....Я понимаю, что решение задачи дурное получилось, просто шеф привез новые MCP детекторы и волевым решением сказал поставить на старую электронику. Думали, что удастся информацию из статистики вытащить, но тут похоже добавилась неопределенность фронта импульса относительно клока АЦП. Вот как с ней бороться? Электронику надо новую делать. Рассматривается два варианта-
Один вариант- ставить пачку hittite HMC660 (8 штук) со стробированием на частоте АЦП со сдвигом по фазе, ну и потом 8-канальная оцифровка. Второй вариант- интегратор быстрый, на фулл-дифф усилителе, оцифровка, если импульс к моменту оцифровки закончился (амплитуда следующего отсчета после импульса не выросла)- сброс интегратора и ожидание следующего импульса.
Как лучше делать?

[DS]

Master clock есть ? Или события происходят в совершенно случайное время ? Интегратор, кстати, необязательно должен быть пикосекундным - ток анода зарядит всякие паразитные емкости, а интегратор потом этот заряд "уработает" со своей скоростью.

[NNikolaev]

Импульсы то идут с частотой 100 кгц или около, а вот с длиной импульса проблемы- перешли с ФЭУ на MCP умножители, у MCP импульсы короткие очень- сотни пикосекунд. Т.е за апертурное время АЦП успевает и начаться, и кончится. Что то конечно электроника видит, но вот что именно....Я понимаю, что решение задачи дурное получилось, просто шеф привез новые MCP детекторы и волевым решением сказал поставить на старую электронику. Думали, что удастся информацию из статистики вытащить, но тут похоже добавилась неопределенность фронта импульса относительно клока АЦП. Вот как с ней бороться? Электронику надо новую делать. Рассматривается два варианта-
Один вариант- ставить пачку hittite HMC660 (8 штук) со стробированием на частоте АЦП со сдвигом по фазе, ну и потом 8-канальная оцифровка. Второй вариант- интегратор быстрый, на фулл-дифф усилителе, оцифровка, если импульс к моменту оцифровки закончился (амплитуда следующего отсчета после импульса не выросла)- сброс интегратора и ожидание следующего импульса.
Как лучше делать?

Мы пойдем по прямой оцифровке импульсов с ФЭУ и вытягиванием информации о пиках и наложении импульсов. В ПЛИСКЕ мы будем делать шину и кидать в купрайс буферы USB2 - дальше машина под линух будет все раздербанивать и считать пики и статистику.
Забудьте Вы о УВХ и интегратор. Это все прошлый век. Нужно с минимума аналога перевести все в цифру ну и потом ее уже варить.
Что это за зверь такой hittite HMC660 ?! Дата шит не нашел - пришлите в личку если можно. Если хотите присоединяйтесь к нашему проекту.

[khach]

Что это за зверь такой hittite HMC660 ?!

УВХ c полосой 4.5ГГц. Даташит тут лежит. http://www.hittite.com/content/documents/d.../hmc660lc4b.pdf
ЗЫ. Спасибо за вопрос по даташиту- пошел искать ссылку и обнаружил более новую HMC760.

Забудьте Вы о УВХ и интегратор. Это все прошлый век.

Развитие идет по спирали (с). Я тоже уходил с аналоговых КАМАКовских модулей на прямую оцифровку. Сейчас думаю возвращаться в аналог. Вернее в правильный гибрид аналога и цифры. Кстати, аналоговый ВАП (время-амплитудный конвертор) мне нравится больше цифровых. Современная цифра убивает внутренним джиттером ПЛИСок все попытки времяразрешенных измерений. А разводка тайминговых цепей низкоинтегрированным LVDS или PECL органично сочетается с аналоговыми каскадами.

Master clock есть ? Или события происходят в совершенно случайное время ? Интегратор, кстати, необязательно должен быть пикосекундным - ток анода зарядит всякие паразитные емкости, а интегратор потом этот заряд "уработает" со своей скоростью.

Мастер-клок конечно есть- он импульсы лазера синхронизирует и задает начало отсчета по времени. Но фотоны прилетают в случайное время. Интегрирование на монтажных емкостях в этом случае не работает- весь тракт начиная от коллектора вторичных электронов 50-омный.

[DS]

Master-clock от фемтосекундного seedа, судя по длительности импульсов ? Мегагерц 70 - 80 ?
Случайность времени, наверное, порядко пары наносекунд тогда.

Про 50 ом - обратите внимание, что заряд протекает строго в одну сторону. Поэтому легко организовать проиежуточный "резервуар" для заряда.

[dsp_counter]

Мы пойдем по прямой оцифровке импульсов с ФЭУ и вытягиванием информации о пиках и наложении импульсов. В ПЛИСКЕ мы будем делать шину и кидать в купрайс буферы USB2 - дальше машина под линух будет все раздербанивать и считать пики и статистику.
Забудьте Вы о УВХ и интегратор. Это все прошлый век. Нужно с минимума аналога перевести все в цифру ну и потом ее уже варить.
Что это за зверь такой hittite HMC660 ?! Дата шит не нашел - пришлите в личку если можно. Если хотите присоединяйтесь к нашему проекту.

Нужно с минимума аналога перевести все в цифру ну и потом ее уже варить.!!!!!!!!!

[NNikolaev]

УВХ c полосой 4.5ГГц. Даташит тут лежит. http://www.hittite.com/content/documents/d.../hmc660lc4b.pdf
ЗЫ. Спасибо за вопрос по даташиту- пошел искать ссылку и обнаружил более новую HMC760.

Развитие идет по спирали (с). Я тоже уходил с аналоговых КАМАКовских модулей на прямую оцифровку. Сейчас думаю возвращаться в аналог. Вернее в правильный гибрид аналога и цифры. Кстати, аналоговый ВАП (время-амплитудный конвертор) мне нравится больше цифровых. Современная цифра убивает внутренним джиттером ПЛИСок все попытки времяразрешенных измерений. А разводка тайминговых цепей низкоинтегрированным LVDS или PECL органично сочетается с аналоговыми каскадами.


Мастер-клок конечно есть- он импульсы лазера синхронизирует и задает начало отсчета по времени. Но фотоны прилетают в случайное время. Интегрирование на монтажных емкостях в этом случае не работает- весь тракт начиная от коллектора вторичных электронов 50-омный.

А у Вас какая задача - время между приходами двух импульсов померить или амплитуду?!
Если время старт-стоп - то аналоговый ВАП (время-амплитудный конвертор) тут как раз на высоте. с разрядным конденсатором и линейным токовым генератором. Потом медленным АЦП уже снимаете амплитуду порпорцианальную времени.

[khach]

А у Вас какая задача - время между приходами двух импульсов померить или амплитуду?!
Если время старт-стоп - то аналоговый ВАП (время-амплитудный конвертор) тут как раз на высоте. с разрядным конденсатором и линейным токовым генератором. Потом медленным АЦП уже снимаете амплитуду порпорцианальную времени.

Основная задача- кинетика фото и электро люминесценции, т.е статистика прихода импульсов по времени. Но амплитуда тоже нужна оказалась- позволяет "вытянуть" начало кривой, там где импульсы статистически часто склеиваются по времени.
Конечно существует кардинальное решение в виде стрик-камеры, но не всегда это финансово оправдано. Кстати, как сейчас дела с времяразрешающими ЭОПами для стриков? Хамамацу не предлагать :-)

[rudy_b]

Ежели это кинетика фото и электро люминисценции, то можно еще и так выпендрится - поставить интегратор, стартующий после начального импульса, и уже его выход бросить на быстрый АЦП. Тогда короткие пики превратятся в ступеньки и ничего пропущено не будет. А все пики (с некоторым размытием во времени) вы восстановите цифровым дифференцированием полученных отсчетов интегратора. Но, скорее всего, вам это и не понадобится, прописи самого сигнала интегратора вам хватит.

[DS]

Ежели это кинетика фото и электро люминисценции, то можно еще и так выпендрится - поставить интегратор, стартующий после начального импульса, и уже его выход бросить на быстрый АЦП. Тогда короткие пики превратятся в ступеньки и ничего пропущено не будет. А все пики (с некоторым размытием во времени) вы восстановите цифровым дифференцированием полученных отсчетов интегратора. Но, скорее всего, вам это и не понадобится, прописи самого сигнала интегратора вам хватит.

Соглашусь, для данного случая это самое мудрое решение. И допускает работу с конвейерным АЦП.

[dsp_counter]

Сообщаю, что сделано на сегодня:
1. Электрическая схема блока в целом устоялась.
................

Хорошо, что Вы сами все можете.
А по моей 10МГц оцифровке так ни кто и не взялся.
Может новую тему создать в правильном разделе с правильным названием? Посоветуйте, плиз.

Сообщение отредактировал dsp_counter - Nov 20 2012, 03:35

[NNikolaev]

Хорошо, что Вы сами все можете.
А по моей 10МГц оцифровке так ни кто и не взялся.
Может новую тему создать в правильном разделе с правильным названием? Посоветуйте, плиз.

Ну почему же новую - давайте здесь обсуждать, тем более близкие темы.
Давайте начнем с функциональной схемы. Нарисуйте блок схему тракта передачи информации, как Вы ее видите.
Я Вам помогу.

[blackfin]

А по моей 10МГц оцифровке так ни кто и не взялся.

CN0105

[dsp_counter]

Спасибо blackfin, АЦП AD7626 наверняка пойдет.

Какой вычислитель к нему прицепить? ПЛИС или ЦСП? Наверное, решать тому, кто будет программировать?

[blackfin]

Какой вычислитель к нему прицепить? ПЛИС или ЦСП? Наверное, решать тому, кто будет программировать?

К DSP Вы его едва ли сможете подключить, поскольку у него последовательный выход LVDS на частоте 250 МГц.
Если нужно прямое подключение к DSP, лучше выбирать из AD9266 и ему подобных с параллельным выходом.

[NNikolaev]

К DSP Вы его едва ли сможете подключить, поскольку у него последовательный выход LVDS на частоте 250 МГц.
Если нужно прямое подключение к DSP, лучше выбирать из AD9266 и ему подобных с параллельным выходом.

В плисе LVDS развернете в паралельный вид и сделайте шину к DSP как хотите А может из плис сразу бросать в буферы USB2 - ну и потом эту шину куда хотите - это как у меня будет.

Сообщение отредактировал NNikolaev - Nov 20 2012, 06:38

[dsp_counter]

Наверное (в смысле точно), возьмем AD7626 и прицепим к ПЛИС от ALTERы EP4CE55F23I7N.
Там еще нужно будет прицепить USB интерфейс в виде FT245R.
Естественно, все это обвешать напряжениями питания и опоры, а так же разъемами.

Кто может сделать?

Сообщение отредактировал dsp_counter - Nov 21 2012, 07:54

[NNikolaev]

Наверное (в смысле точно), возьмем AD7626 и прицепим к ПЛИС от ALTERы EP4CE55F23I7N.
Там еще нужно будет прицепить USB интерфейс в виде FT245R.
Естественно, все это обвешать напряжениями питания и опоры, а так же разъемами.

Кто может сделать?

Мы можем.
В личку напишите условия работы.

[dsp_counter]

О, здорово.
У меня совершенно нет опыта в удаленной работе, поэтому, напишите, пожалуйста, Вы.
Как все это делается?

[dsp_counter]

Опять что-то не складывается. Жалко!

[Tano]

"Опять что-то не складывается. Жалко! "
А что именно ? Платка с ПЛИС, АЦП и FTDI-ем нужна?
Может помочь?
С уважением? Tano.

[dsp_counter]

Может помочь?

Да. Только до начала помощи, пожалуйста, объясните, как все будет происходить? В смысле, последовательности взаимных шагов.

[Tano]

Предлагаю поступить таким образом: с начало "по технике".
Я кратко описываю что есть у меня.
Вы рассказываете что Вам надо и задаёте уточняющие вопры по тому что я рассказал.
Если "по технике" будет понимание взаимной полезности, то потом обсудим орг. вопры.
У меня есть плата на которой расположены:
1. Аналоговый фотоприёмник.
2. Усилитель с полосой до ~50 мГц.
3. АЦП - 14 бит , 150 мегасэмплов.
4. ПЛИС Циклон3 на 40к.
5. Выход параллельная шина.
6. Последовательный тестовый выход.
7. Стабилизаторы питания.
Вместо П1. можно поставить BNC-разъём.
Вместо П3. можно поставить что-то пин-ту-пин подходящее с малой скоростью.

[dsp_counter]

Наверное (в смысле точно), возьмем AD7626 и прицепим к ПЛИС от ALTERы EP4CE55F23I7N.
Там еще нужно будет прицепить USB интерфейс в виде FT245R.

2. Усилитель с полосой до ~50 мГц.
3. АЦП - 14 бит , 150 мегасэмплов.
4. ПЛИС Циклон3 на 40к.
6. Последовательный тестовый выход.

Как Вы считаете, можно из второго сделать первое?
- Циклон 3 заменить на Циклон 4
- полосу входного усилителя уменьшить до 2 или 3 МГц
- найти соответствующую АЦПху
- Ваш последовательный выход превратить в USB.

Про программирование ПЛИСки поговорим ниже?

Сообщение отредактировал dsp_counter - Dec 11 2012, 08:25

[NNikolaev]

Как Вы считаете, можно из второго сделать первое?
- Циклон 3 заменить на Циклон 4
- полосу входного усилителя уменьшить до 2 или 3 МГц
- найти соответствующую АЦПху
- Ваш последовательный выход превратить в USB.

Про программирование ПЛИСки поговорим ниже?

Мы плату уже закази - в январе паять будем. Возьмите наш проект - там все есть ацп 14х250 ПЛИС, USB2, 232 для управления

Как Вы считаете, можно из второго сделать первое?
- Циклон 3 заменить на Циклон 4
- полосу входного усилителя уменьшить до 2 или 3 МГц
- найти соответствующую АЦПху
- Ваш последовательный выход превратить в USB.

Про программирование ПЛИСки поговорим ниже?

Мы плату уже заказали - в январе паять будем. Возьмите наш проект - там все есть ацп 14х250 ПЛИС, USB2, 232 для управления

[Tano]

1. Можно всё с "нуля" сделать.
2. Можно вообще ничего не изменять в "железе", а обойтись "софтовой" реализацией.
Всё зависит от цели.
Если Вы предполагаете производить и реализовывать серию, то П1.
Если Вы предполагаете сделать один-два макета-образца, далее подумать или закончить с этой темой ТО П2.

To NNikolaev.
А "...есть ацп 14х250..." долго доставать?

[NNikolaev]

1. Можно всё с "нуля" сделать.
2. Можно вообще ничего не изменять в "железе", а обойтись "софтовой" реализацией.
Всё зависит от цели.
Если Вы предполагаете производить и реализовывать серию, то П1.
Если Вы предполагаете сделать один-два макета-образца, далее подумать или закончить с этой темой ТО П2.

To NNikolaev.
А "...есть ацп 14х250..." долго доставать?

Ну мы попросили опытный образец - нам через 2 недели привезли ADS4149

[Tano]

А если несколько десятков в месяц, то проблем не будет?

[NNikolaev]

А если несколько десятков в месяц, то проблем не будет?

Да я думаю нет не будет - 100 долларов он стоит.
У Вас какая физическая задача стоит?!

[Tano]

Сейчас конкретно задача не стоит - обходимся 14х150.
Но в следующей работе возможно надо будет повысить частоту выборок до 200...300 мегасэмплов.
вот и думаю что применить: или 2шт на 150...160 мегасэмплов или один на 250 мегасэмплов.
А физ. задача - фазу измеряем в интерферометре.
Хотя сейчас занимаюсь занимаюсь управлением ФЗУ. Но это без скоросных АЦП.

[NNikolaev]

Сейчас конкретно задача не стоит - обходимся 14х150.
Но в следующей работе возможно надо будет повысить частоту выборок до 200...300 мегасэмплов.
вот и думаю что применить: или 2шт на 150...160 мегасэмплов или один на 250 мегасэмплов.
А физ. задача - фазу измеряем в интерферометре.
Хотя сейчас занимаюсь занимаюсь управлением ФЗУ. Но это без скоросных АЦП.

Напишите пожалуйста, на основе каких физических принципах реализован метод измерения фазы. Там, что есть источник света и два светодиода?! Зачем нужны такие высокие скорости?!
В принципе шас у них появился сдвоеный 14х250 - наверно для вас самое то. А вы где территориально находитесь?!

Сообщение отредактировал NNikolaev - Dec 12 2012, 06:34

[Tano]

По "...на основе каких физических принципах реализован метод измерения фазы..."
http://ldlab.ru/articles/ldl2.pdf
" ..появился сдвоеный 14х250 - наверно для вас самое то.. ". Боюсь что не очень подойдёт.
Дело в том что для увеличения С/Ш у меня между АЦП и ПЛИС стоят цифровые изоляторы.
Это позволяет гальванически разделить "землю" АЦП и "грязную цифровую землю ПЛИС".
Но существующие цифровые изоляторы только до 150 мегабит. Скорее всего 14х250 по
С/Ш проиграет двум по 14х125. Но здесь вылезут требования к синхронизации двух АЦП.
Вообщем надо ещё разбираться и разбираться...
А скорость нужна для того что в возможно будущем вместо АОМа в лазере создадут
"режим конкурирующих мод" и входная частота сигнала приходящего на АЦП будет в
районе 640 мГц. Каждый период брать выборки здесь не надо, но аналоговая полоса д.б.
приличной.
... территориально - живу в М.О. а работаю в Москве.

[dsp_counter]

1. Можно всё с "нуля" сделать.
2. Можно вообще ничего не изменять в "железе", а обойтись "софтовой" реализацией.

Отписался в почту.

[Tano]

Ничего не получил.

[dsp_counter]

получил.

[blackfin]

Дело в том что для увеличения С/Ш у меня между АЦП и ПЛИС стоят цифровые изоляторы.
Это позволяет гальванически разделить "землю" АЦП и "грязную цифровую землю ПЛИС".

Для уменьшения шума со стороны FPGA можно поставить АЦП с выходом в формате JESD204B.

Немного теории:

The AFE (which includes the analog-to-digital converter) must be able to drive receiving logic and the accompanying PCB trace capacitance. The combination of the increase in data lines and of higher speed signals presents the system designer with issues in EMI emissions, larger board area (due to the increase in data lines), higher power, and more current transients. This last issue can create kickback noise, a phenomenon wherein transients created by driving the load are coupled back to the ADC analog front end, manifesting in the image as noise or distortion. The previously listed issues present a daunting challenge to users attempting to develop a high performance imaging application. Configurable low voltage differential signaling (LVDS) serial data interface offers another approach to provide high speed data outputs while minimizing performance limitations in AFE applications. LVDS, as the name implies, is a differential signaling scheme using a low voltage swing.

The LVDS offers the following advantages over the conventional parallel interface:

• Reduced kickback noise: LVDS outputs are current output stages requiring a 100 Ω terminating resistor at the receiver, differing from CMOS outputs that generally do not require termination. To avoid current spikes on the supply that can couple to the sensitive analog front end (resulting in kickback noise), the current output results in a fixed dc load current on the output supplies.

• Fewer data lines: With serial data output, the number of data lines is reduced significantly. This is important in applications that require multiple channels, such as higher speed imaging applications needing a small form factor. LVDS serial data outputs dramatically reduce kickback noise due to the limited number of data output switching compared to a 14-bit or 16-bit parallel output bus switching simultaneously.

• Reduced EMI emissions: Because two balanced signals of the same magnitude transmit through the line in opposite directions, the electromagnetic field from each signal is radiated in the opposing direction, effectively canceling each other’s EMI emissions. This reduces shielding, lowering overall system cost. It also reduces RF interference critical in wireless enabled systems.

У ADI есть уже несколько АЦП работающих в стандарте JESD204B: AD9250, а у AVNET'а есть Кит, собранный на этих АЦП: FMC176.

Есть похожие АЦП и у TI: JESD204B Data Converter Interfaces.

[Tano]

Безусловно это хорошее решение коммутации АЦП и ПЛИС,
но ещё лучше, ести бы они сделали цифровой, многоканальный, скоростной, изолятор LDVS в маленьком корпусе.
А ещё лчшее ести бы они гальванически разделили бы аналоговую и цифровую часть внутри АЦП.