核信号最优化数采方案的研究

四川大学SICHUANUNIVERSITY1核信号最优化数采方案的研究闫洋洋2011-7-62研究背景提纲数字分频变频采样下一步工作12343研究背景对模拟信号进行数字转换时，高频采样虽能获得很高的精度，但也意味着高成本及存储、传输和处理大量数据的压力。确定最佳数字化采样频率既能实现系统资源的优化、提高系统精度和效率、增强系统的实用性，也是实现产品化所必须解决的重要问题。4本工作正是针对这一问题，确定在满足精度要求下的最低的数采频率———即最佳数采频率同时对获取到的数字信号进行采样频率的调整和优化5工作内容一、数字分频用数字化方式得到同一信号在各种频率下的数采结果，通过进行分析和比较，确定最佳数采频率，然后得到最佳数采频率下的信号二、变频采样针对核信号的特点，对上升沿和下降沿用不同的采样频率61、得到同一个核信号不同数采频率的信号针对的是同一个信号，方便对不同数采频率下的信号进行比较，从而确定最佳数采频率2、确定最佳数采频率用最佳频率采样既保证了核信号的采样精度，又能有效降低总数据量、提高效率、节省数据处理资源3、不改变ADC的频率实现采样频率的优化不同探测器输出的核信号的最佳数采频率并不同，改变ADC采样频率会增加硬件设计的难度和降低系统的稳定性。用数字的方式实现既简单又灵活一、数字分频工作思路：7数字分频原理波形数字化仪探测器+前放前端控制器数字反混叠滤波阵列数字分频阵列信号分析及结果输出管理器计算机系统原理图原理：1、用最大数采频率得到数字信号；2、经过数字反混叠滤波阵列3、数字分频；4、对不同频率下的信号分析比较，输出信号8波形数字化仪探测器+前放前端控制器数字反混叠滤波阵列数字分频阵列信号分析及结果输出管理器计算机系统原理图在分频之前，要经过低通滤波器进行反混叠。滤波器的通带宽由Nyquist采样定律给出，为采样频率的一半。9分频结果2.5M滤波15M滤波60M滤波ABC原信号分频分频分频滤波阵列分频信号CdZnTd探测器探测241Am的γ射线，带宽1GHz，采样率10GHz的ADC对该信号实现波形数字化，分别得到一组120MHz、30MHz、5MHz的数字化波形10最佳采样频率的确定以畸变率作为信号上升沿畸变的标准。定义畸变率（与分别表示分频前后的信号上升时间）在畸变率不大于20%时，上述信号的最佳采样频率为30MHz。此时信号上升时间为549ns，原信号为464ns。rarbrbtttratrbt11二、变频采样•通过对核信号的深入研究，核信号所携带的重要信息（如：时间、能量、粒子种类等）大多数集中在脉冲的上升沿。而上升沿对应着信号频谱的高频部分，需要对其实现高频采样和精确测量•缓慢的下降沿是低频部分，对其采样可以用较低的采样频率12上升沿陡峭，携带重要核信息，高频率采样下降沿平缓，频率较低，低频率采样13通过变频采样可以对数字信号的数采频率进一步优化，保证精度的同时更好的节省资源！14分频采样原理原理：结合信号判断和寻峰算法，上升沿通过高通带低通滤波器后高频采样，下降沿和噪声通过低通带低通滤波器后低频采样15产生的问题及处理上升沿和下降沿通过不同带宽的低通滤波器后，上升沿和下降沿的幅度会不同，信号不连续。处理方法：上升沿和下降沿的幅度做归一化，再乘以原信号的幅度进行还原。16上升沿和下降沿采样频率的确定1、上升沿采用最佳采样频率2、下降沿采样频率由下降沿畸变率确定定义下降沿畸变率（和分别表示分频前后下降沿幅度降低10%所需的时间）下降沿畸变率不大于20%时上述信号下降沿的最低采样频率为10MHz。fafbfbtttfbtfat17变频结果上升沿数采频率为60MHz，下降沿为15MHz18下一步工作：1、把数字分频系统和变频采样系统集成到数字化核测量系统中，增加数采卡功能的灵活性2、将算法运用到数据流的处理中，通过对谱数据的比较进一步验证和完善该方法。四川大学SICHUANUNIVERSITY19Thankyou