輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脈沖輻射探測中的信號調(diào)理系統(tǒng)，尤其 涉及一種用于大動態(tài)快脈沖輻射探測的信號調(diào)理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在強(qiáng)輻射環(huán)境下，探測對象為快脈沖信號，其頻率最大可達(dá)200MHz，其幅度的不確 定性較大，幅值可能為幾個毫伏，也可能是幾百伏，因此該類型的脈沖信號也稱之為大動態(tài) 脈沖信號。對于此類快脈沖信號的測量，常利用數(shù)采系統(tǒng)將被探測信號量化后通過光纖傳 輸至控制端記錄并保存。但是，由于數(shù)采系統(tǒng)的核心器件一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的輸入峰峰值 通常只有幾伏（一般小于2V)，因此數(shù)采系統(tǒng)的動態(tài)范圍遠(yuǎn)不能滿足測量要求。
[0003] 目前，為擴(kuò)大數(shù)采系統(tǒng)的動態(tài)范圍，通常采用功率衰減的方法，即將快脈沖信號先 通過衰減器衰減后再以數(shù)采系統(tǒng)進(jìn)行測量。該方法中衰減器的衰減倍數(shù)無法同時滿足快脈 沖信號為毫伏級時的測量精度及幾百伏時的正確測量，也就是說功率衰減法仍然不能全部 覆蓋快脈沖信號的動態(tài)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的快脈沖信號探測中數(shù)采系統(tǒng)動態(tài)范圍不夠的技術(shù)問 題，本發(fā)明提供了一種能夠擴(kuò)大數(shù)采系統(tǒng)測量動態(tài)范圍的輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號 調(diào)理系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] 一種輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括兩等分電 路、衰減電路及過壓限幅保護(hù)電路；
[0007] 所述兩等分電路用于將輸入的被測大動態(tài)快脈沖等分為第一半脈沖和第二半脈 沖，
[0008] 所述衰減電路用于將幅度大于數(shù)采系統(tǒng)輸入峰值的半脈沖信號進(jìn)行衰減；所述過 壓限幅保護(hù)電路用于將幅度小于數(shù)采系統(tǒng)輸入峰峰值的半脈沖信號進(jìn)行等幅度傳輸，同時 對超過數(shù)采系統(tǒng)輸入峰峰值的半脈沖信號進(jìn)行限幅；
[0009] 所述衰減電路的輸入端和過壓限幅保護(hù)電路的輸入端分別與第一半脈沖和第二 半脈沖對應(yīng)相連；所述衰減電路的輸出端和過壓限幅保護(hù)電路的輸出端輸出調(diào)理信號。
[0010] 以上為本發(fā)明的基本保護(hù)方案，基于該基本方案，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化限定：
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)對衰減電路、過壓限幅保護(hù)電路輸出的脈沖信號的緩沖，無失真地驅(qū)動 具有容性負(fù)載特性的數(shù)采系統(tǒng)，本發(fā)明的信號調(diào)理系統(tǒng)還包括驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路的 輸入端與衰減電路的輸出端和過壓限幅保護(hù)電路的輸出端分別相連，所述驅(qū)動電路的輸出 端輸出調(diào)理信號。
[0012] 為避免系統(tǒng)低噪聲低溫漂影響并且為過壓限幅電路和驅(qū)動電路提供+5V和-5V電 壓，本發(fā)明還包括一個直流電源處理電路，直流電源處理電路與外部DC連接用于產(chǎn)生+5V 電壓及-5V電壓，+5V電壓的輸出端與過壓保護(hù)電路的電源端連接，-5V電壓的輸出端與驅(qū) 動電路的電源端相連。
[0013] 本發(fā)明的兩等分電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3 ;電阻R1的一端與被測的大動 態(tài)快脈沖的輸入信號Vin的輸入端相連，另一端與電阻R2、電阻R3的一端相連；電阻R2的 另一端為第一半脈沖輸出端，電路電阻R3的另一端為第二半脈沖輸出端。
[0014] 本發(fā)明的衰減電路還可以采用其它的形式，如衰減倍數(shù)固定的集成衰減器，在本 發(fā)明中提供了一種衰減電路的形式，該衰減電路包括電阻R4、電阻R5、電阻R6 ;所述電阻R5 的一端與第一半脈沖的輸出端連接，所述電阻R5的另一端為衰減電路的輸出端，所述電阻 R4及電阻R6的連接在電阻R5的兩端，且電阻R4及電阻R6接地；電阻R4、電阻R5的阻值 相等。
[0015] 進(jìn)一步，為降低因阻抗不匹配造成對被測信號的影響，電阻R1、電阻R2、電阻R3、 電阻R4、電阻R5、電阻R6的精度均為0. 1 %。為提高衰減電路的通頻帶，并保證通頻帶內(nèi) 幅頻曲線的平坦度，同時考慮到被測信號的脈沖寬度，電阻R4、電阻R5、電阻R6均采用表貼 1206封裝的厚膜高頻電阻。
[0016] 本發(fā)明所提供過壓限幅保護(hù)電路包括衰減器AT1、阻抗匹配電阻R7、正相限幅二 極管D1、負(fù)相限幅二極管D2、運(yùn)算放大器A1、反饋電阻R8、反饋電阻R9及補(bǔ)償電容C1 ;
[0017] 所述衰減器ATI的輸入端與第一半脈沖的輸出端連接，其輸出端分別與電阻R7的 一端、正相限幅二極管D1的正端、負(fù)相限幅二極管D2的負(fù)端及運(yùn)算放大器A1的同相輸入 端相連；電阻R7的另一端、正相限幅二極管D1的負(fù)端、負(fù)相限幅二極管D2的正端分別與地 GND相連；運(yùn)算放大器A1的反相輸入端分別通過反饋電阻R8和補(bǔ)償電容C1與運(yùn)算放大器 A1的輸出端相連；所述反饋電阻R9的一端與運(yùn)算放大器A1的負(fù)相輸入端相連；電阻R9的 另一端與地GND相連；運(yùn)算放大器A1的輸出端作為過壓限幅保護(hù)電路的輸出端。
[0018] 能夠應(yīng)用于本發(fā)明的過壓限幅保護(hù)電路不限于本發(fā)明所提供的這一種，基于具體 的應(yīng)用環(huán)境和測量系統(tǒng)的參數(shù)及要求，過壓限幅保護(hù)電路都有可能做一些結(jié)構(gòu)上的變動， 比如衰減器ATI衰減倍數(shù)、反饋電阻R8和反饋電阻R9的阻值、正相限幅二極管D1和負(fù)相 限幅二極管D2的數(shù)量等。
[0019] 本發(fā)明中的驅(qū)動電路包括射頻緩沖器A2、射頻緩沖器A3 ;射頻緩沖器A2的同相輸 入端與衰減電路的輸出端相連，反相輸入端與輸出端相連，輸出端與第一數(shù)米系統(tǒng)相連；射 頻緩沖器A3的同相輸入端與過壓限幅保護(hù)電路的輸出端相連，反相輸入端與輸出端相連， 輸出端與第二數(shù)采系統(tǒng)相連。
[0020] 進(jìn)一步的，過壓限幅保護(hù)電路中的運(yùn)算放大器A1的單位增益帶寬積為1. 0GHz，輸 入電壓噪聲頻譜密度為丨jnV/VH]，型號為AD8009 ;驅(qū)動電路中所述射頻緩沖器A2、射頻 緩沖器A3的帶寬為1. 75GHz，輸入電壓噪聲頻譜密度為孓8nV/V^，閉環(huán)增益為1，驅(qū)動 電流為75mA，型號為LMH6559。運(yùn)算放大器A1、射頻緩沖器A2、射頻緩沖器A3的選擇，使 輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)的_3dB帶寬達(dá)到DC~250MHz，噪聲峰峰值小于 2. 5mV〇
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是：
[0022] 本發(fā)明提供了一種輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)（簡稱：信號調(diào)理系 統(tǒng)），其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、通過對被測大動態(tài)快脈沖進(jìn)行兩等分，一分路以過壓限幅保護(hù)達(dá)到幅度小于數(shù) 采系統(tǒng)輸入峰峰值快脈沖信號的測量，另一分路以1〇〇倍衰減實(shí)現(xiàn)幅度大于數(shù)采系統(tǒng)輸入 峰峰值快脈沖信號的測量，兩分路測量范圍相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了大動態(tài)快脈沖的調(diào)理，從而將 數(shù)采系統(tǒng)的動態(tài)范圍擴(kuò)大到毫伏級到幾百伏。
[0024] 2、采用表貼型1206封裝的高精度厚膜高頻電阻所設(shè)計(jì)的兩等分電路、100倍衰 減電路，既減小了系統(tǒng)體積，滿足了系統(tǒng)功率要求，又降低了因引線所產(chǎn)生的寄生電容的影 響，保證了信號調(diào)理系統(tǒng)的高頻特性（一 3dB模擬帶寬：250MHz)，保證了通頻帶內(nèi)幅頻曲線 的平坦度，并保證了兩等分電路、100倍衰減電路50 Q的輸入阻抗。
[0025] 3、采用基于開關(guān)二極管正向保護(hù)原理的過壓限幅保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)對幅度小于數(shù)采 系統(tǒng)輸入峰峰值快脈沖的等幅度傳輸，同時對超過數(shù)采系統(tǒng)輸入峰峰值的信號進(jìn)行限幅， 實(shí)現(xiàn)了對數(shù)采系統(tǒng)的有效保護(hù)。
[0026] 4、本發(fā)明的過壓限幅保護(hù)電路采用先衰減后放大的思想，在保持信號原有特征的 基礎(chǔ)上有效抑制了因開關(guān)二極管導(dǎo)通時微變電阻改變系統(tǒng)阻抗所造成的反射，并減小了開 關(guān)二極管的使用數(shù)量，降低了因多個開關(guān)二極管串聯(lián)產(chǎn)生的寄生電容對信號調(diào)理系統(tǒng)帶寬 的影響。
[0027] 5、本發(fā)明采用大驅(qū)動電流射頻緩沖器來驅(qū)動具有容性負(fù)載特性的數(shù)采系統(tǒng)，既避 免了因數(shù)采系統(tǒng)的容性造成信號調(diào)理系統(tǒng)的振蕩，又實(shí)現(xiàn)了信號的無失真?zhèn)鬟f。
[0028] 本發(fā)明提供的輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)，其通頻帶以及噪聲系數(shù) 等方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于輻射探測的測量要求，同時很好地解決了以數(shù)采系統(tǒng)測量大動態(tài)快脈沖 時動態(tài)范圍較小的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明提供的輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)的原理框圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明采用的直流電源處理電路的示意圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明提供的兩等分電路的電路圖；
[0032] 圖4是本發(fā)明提供的100倍衰減電路的電路圖；
[0033] 圖5是本發(fā)明提供的過壓限幅保護(hù)電路的電路圖；
[0034] 圖6是本發(fā)明提供的驅(qū)動電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)例進(jìn)行說明。該例中，系統(tǒng)的輸入阻抗要求 為50 Q，所選取的衰減倍數(shù)為100倍。
[0036] 參見圖1，本發(fā)明提供了一種輻射探測中大動態(tài)快脈沖的信號調(diào)理系統(tǒng)（簡稱：信 號調(diào)理系統(tǒng)），其包括直流電源處理電路、兩等分電路、100倍衰減電路、過壓限幅保護(hù)電路 以及驅(qū)動電路；外部DC電壓輸入端通過直流電源處理電路產(chǎn)生的+5V電壓、-5V電壓的輸 出端（如圖2所示）均分別與過壓保護(hù)電路、驅(qū)動電路的電源端相連；被測的大動態(tài)快脈沖 的輸入信號Vin的輸入端與兩等分電路相連；兩等分電路分別與100倍衰減電路和過壓限 幅保護(hù)電路相連；100倍衰減電路和過壓限幅保護(hù)電路分別與驅(qū)動電路相連；驅(qū)動電路的 兩個輸出端分別與數(shù)采系統(tǒng)1和數(shù)采系統(tǒng)2相連，數(shù)采系統(tǒng)1和數(shù)采系統(tǒng)2性能相同。
[0037] 本發(fā)明中，直流電源處理電路（如