用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，涉及汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是：熒光放大電路、反相模塊、驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，驅(qū)動(dòng)模塊輸出端接入差分甄別模塊的正輸入端，差分甄別模塊通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊將得到的高速差分信號(hào)送入熒光采集裝置；電壓參考模塊和差分甄別模塊的負(fù)輸入端連接，提供一種精準(zhǔn)的參考電壓。本發(fā)明在差分甄別模塊添加了遲滯回路，具有更強(qiáng)的抗干擾能力和降噪功能；驅(qū)動(dòng)模塊以及參考電壓模塊的添加與改進(jìn)使整個(gè)電路具有更強(qiáng)的實(shí)用性；電路輸出的差分信號(hào)可直接由可編程邏輯器件構(gòu)成的熒光采集裝置采集，能在汞離子微波頻標(biāo)小型化系統(tǒng)中使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路。
【背景技術(shù)】
[0002]汞離子微波頻標(biāo)是一種新型的被動(dòng)型原子頻標(biāo)，其物理系統(tǒng)采用囚禁離子物理體系，不同于傳統(tǒng)微波頻標(biāo)的物理系統(tǒng)，它通過(guò)加在特定構(gòu)型的阱電極上的靜電、磁場(chǎng)或射頻場(chǎng)，將作為工作物質(zhì)的汞離子，長(zhǎng)時(shí)間地約束在恒定的、幾乎無(wú)電磁干擾的的超高真空區(qū)，處于上述條件下的離子，具有基本不受實(shí)物粒子和場(chǎng)的影響、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)小和量子態(tài)相干時(shí)間長(zhǎng)等內(nèi)在特點(diǎn)，各種頻移很小。同時(shí)，囚禁的汞離子作為工作物質(zhì)，其對(duì)空間環(huán)境中的溫度和磁場(chǎng)變化相對(duì)不敏感，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。汞離子基態(tài)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)分裂大(40.5GHz)，離子囚禁在超高真空中的“自由空間”里，無(wú)器壁、雜質(zhì)粒子的碰撞，鐘躍迀譜線線寬極窄(可達(dá)毫赫茲)，Q(品質(zhì)因數(shù))值高。汞離子微波頻標(biāo)因囚禁離子體系和汞離子自身的特點(diǎn)，具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定度和極低的漂移率，并且能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，易于小型化，是新一代高性能地面守時(shí)和星載原子鐘的首選。
[0003]汞離子微波頻標(biāo)工作原理如下:本地振蕩器發(fā)出1MHz頻率信號(hào)，并經(jīng)過(guò)頻率綜合器，產(chǎn)生頻率在鐘躍迀頻率(約40.5GHz)附近的微波輻射場(chǎng);再利用汞同位素譜燈進(jìn)行光抽運(yùn)選態(tài)，實(shí)現(xiàn)光-微波雙共振，使汞離子發(fā)出鐘躍迀熒光;鐘躍迀熒光信號(hào)的強(qiáng)度代表汞離子與微波相互作用時(shí)的躍迀幾率，能夠反映微波輻射場(chǎng)頻率與鐘躍迀頻率偏差的大小;通過(guò)頻率偏差產(chǎn)生糾偏電壓對(duì)本地振蕩器的頻率進(jìn)行反饋控制，使本地振蕩器輸出頻率鎖定在汞離子的鐘躍迀譜線上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率輸出。其電子系統(tǒng)包括離子囚禁系統(tǒng)以及熒光探測(cè)和控制系統(tǒng)。熒光探測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)囚禁離子阱中的離子在抽運(yùn)光的作用下自發(fā)輻射的熒光信號(hào)，通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換成微弱電信號(hào)。弱電信號(hào)為高速負(fù)脈沖信號(hào)，通過(guò)熒光采集、放大、以及信號(hào)電壓甄別，將弱熒光信號(hào)裝換成高信噪比的壓控信號(hào)，用于鎖定恒溫晶振頻率。因此，在整個(gè)頻標(biāo)的電子系統(tǒng)中，囚禁離子的熒光探測(cè)是非常重要的環(huán)節(jié)，熒光信號(hào)的信噪比直接影響汞離子微波頻標(biāo)的性能指標(biāo)。
[0004]目前，汞離子微波頻標(biāo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用商用前置放大器將光電倍增管輸出信號(hào)放大，再利用商用光子計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后利用計(jì)算機(jī)軟件LABVIEW控制數(shù)據(jù)采集卡得到本振晶振的電壓控制信號(hào)，其系統(tǒng)龐大、穩(wěn)定性差。為研制高性能、小型化汞離子微波頻標(biāo)，本發(fā)明研制了一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路取代傳統(tǒng)商業(yè)儀器，差分信號(hào)能被可編程邏輯器件直接采集，使整個(gè)熒光光子的數(shù)據(jù)采集單元數(shù)字化、集成化，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，大大降低了整個(gè)電路的功耗，進(jìn)一步提高了汞離子微波頻標(biāo)系統(tǒng)中熒光信號(hào)的采集精度，為實(shí)現(xiàn)小型化汞離子微波頻標(biāo)應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在缺點(diǎn)和不足，提供一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明包括現(xiàn)有的熒光放大電路、熒光采集裝置和直流穩(wěn)壓電源；
設(shè)置有反相模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電壓參考模塊、差分甄別模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊；
其連接關(guān)系是:
熒光放大電路、反相模塊、驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，驅(qū)動(dòng)模塊輸出端接入差分甄別模塊的正輸入端，差分甄別模塊通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊將得到的高速差分信號(hào)送入熒光采集裝置；
直流穩(wěn)壓電源為反相模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電壓參考模塊、差分甄別模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊供電，電壓參考模塊和差分甄別模塊的負(fù)輸入端連接，提供一種精準(zhǔn)的參考電壓。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①與一種單光子計(jì)數(shù)放大/甄別電路(CN201110200406)相比，本發(fā)明更具體地針對(duì)甄別電路，利用了較低功耗的差分式信號(hào)處理方法，在差分甄別模塊添加了遲滯回路，具有更強(qiáng)的抗干擾能力和降噪功能;驅(qū)動(dòng)模塊以及參考電壓模塊的添加與改進(jìn)使整個(gè)電路具有更強(qiáng)的實(shí)用性，能匹配不同狀況下的信號(hào)；
②電路輸出的差分信號(hào)可直接由可編程邏輯器件構(gòu)成的熒光采集裝置采集，摒棄了商用儀器，為整個(gè)熒光探測(cè)系統(tǒng)的小型化奠定了基礎(chǔ)；
③熒光探測(cè)過(guò)程中，熒光信號(hào)是脈寬約2.5ns高速不規(guī)則信號(hào)，本發(fā)明能夠?qū)晒夥糯箅娐份敵龅母咚倌M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號(hào)，數(shù)字信號(hào)具有更高的信噪比，能提高后級(jí)熒光采集精度；
④差分式信號(hào)甄別電路通過(guò)R22電阻和R23電阻構(gòu)成遲滯差分比較器，能在一定程度上增強(qiáng)高速信號(hào)的抗干擾能力，進(jìn)一步提高采集精度。
[0008]⑤不僅能在汞離子微波頻標(biāo)小型化系統(tǒng)中使用，更能做類(lèi)似信號(hào)處理的一般化推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的電路原理圖；
圖2為反相模塊的電路原理圖；
圖3為驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；
圖4為電壓參考模塊的電路原理圖；
圖5為差分甄別模塊的電路原理圖；
圖6為電平轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。
[0010]圖中:
100—熒光放大電路；
200—反相模塊，
201 — Ri 電阻，202—R2 電阻，203—R3 電阻，204—R4 電阻，205—R5 電阻，
206—&電容，207—C2電容，208+?高速運(yùn)放芯片；
300一驅(qū)動(dòng)模塊，
301 — R6 電阻，302—R7 電阻，303—R8 電阻，304—R9 電阻，305—C3 電容，
306—C4電容，307—C5電容，308—U2高速運(yùn)放芯片； 309—Q1S極管；
400—電壓參考模塊，
401 一 R1Q 電阻，40 2—R11 電阻，403—R12 電阻，404—R13 電阻，
405—辦4可變電阻，406—Ri5電阻，407—Ri6電阻，408—Rn電阻，
409—R18 電阻，410—C6 電容，411 一 C7 電容，412—C8 電容，413—C9 電容，
414 一 U3高速運(yùn)放芯片，415—Q2三極管；
500—差分觀別模塊，
501 — R19 電阻，502—R2Q 電阻，503—R21 電阻，504—R22 電阻，
505—R23 電阻，506—R24 電阻，507—C10 電容，508—C11 電容，
509—U4 高速 PECL/LVPECL 比較器；
600—電平轉(zhuǎn)換模塊，
601 — R25 電阻，602—R26 電阻，603—R27 電阻，604—R28 電阻，
605—R29 電阻，606—R3Q 電阻，607—R3I 電阻，608—Ci2 電容，
609—C13電容，610—版差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器；
700—熒光采集裝置；
800—直流穩(wěn)壓電源。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明:
一、結(jié)構(gòu)
1、總體
如圖1，本發(fā)明包括現(xiàn)有的熒光放大電路100、熒光采集裝置700和直流穩(wěn)壓電源800;
設(shè)置有反相模塊200、驅(qū)動(dòng)模塊300、電壓參考模塊400、差分甄別模塊500和電平轉(zhuǎn)換模塊600 ；
其連接關(guān)系是:
熒光放大電路100、反相模塊200、驅(qū)動(dòng)模塊300依次連接，驅(qū)動(dòng)模塊300輸出端接入差分甄別模塊500的正輸入端，差分甄別模塊500通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊600將得到的高速差分信號(hào)送入熒光采集裝置700;
直流穩(wěn)壓電源800為反相模塊200、驅(qū)動(dòng)模塊300、電壓參考模塊400、差分甄別模塊500和電平轉(zhuǎn)換模塊600供電，電壓參考模塊400和差分觀別模塊500的負(fù)輸入端連接，提供一種精準(zhǔn)的參考電壓。
[0012]2、功能電路
I)熒光放大電路100
熒光放大電路100是一種對(duì)光電倍增管輸出的熒光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大的電路。
[0013]2)反相模塊200
如圖2，反相模塊200是一種由高速運(yùn)放芯片山構(gòu)成電壓放大比為-1的比例放大電路，包括Ri電阻201、此電阻202、1?3電阻203、1?4電阻204、1?5電阻205、&電容206、(:2電容207、1]1高速運(yùn)放芯片208;
其連接關(guān)系是: U1高速運(yùn)放芯片208由直流穩(wěn)壓電源800的+5V和-5V供電，U1高速運(yùn)放芯片208的供電引腳端分別接Ci電容206和C2電容207到地，R2電阻202—端與U1高速運(yùn)放芯片208的正極輸入端口連接，R2電阻202的另一端與R1電阻201連接并連接熒光放大電路10J1電阻201另一端連接到地，R3電阻203連接U1高速運(yùn)放芯片208的負(fù)極輸入端口到地，R4電阻204兩端分別與瓜高速運(yùn)放芯片208的正極輸入端和輸出端相連，R5電阻205連接U1高速運(yùn)放芯片208的輸出端到地。
[0014]上述的C !電容206和C2電容207為0.1uF陶瓷電容；
Ui高速運(yùn)放芯片208選用AD8045。
[0015]其工作機(jī)理是:
熒光放大電路100輸出的信號(hào)是光電倍增管產(chǎn)生的負(fù)電壓信號(hào)，通過(guò)反相模塊200，得到電壓放大比為-1的正電壓信號(hào)，能被后級(jí)做進(jìn)一步處理。
3)驅(qū)動(dòng)模塊300
如圖3，驅(qū)動(dòng)模塊300是一種由1]2高速運(yùn)放芯片308和&三極管309構(gòu)成的射極跟隨器，包括R6電阻301、1?7電阻302、1?8電阻303、1?9電阻304、03電容305、C4電容306、C5電容307、U2高速運(yùn)放芯片308和&三極管309 ；
其連接關(guān)系是:
U2高速運(yùn)放芯片308由直流穩(wěn)壓電源800的+5V和-5V供電，U2高速運(yùn)放芯片308供電引腳分別接C3電容305和C4電容306到地，反相模塊200輸出端與運(yùn)放U2高速運(yùn)放芯片308負(fù)輸入端連接，C5電容307與U2高速運(yùn)放芯片308正輸入端和輸出端連接，U2高速運(yùn)放芯片308輸出端通過(guò)R6電阻301與&三極管309基極連接，U2高速運(yùn)放芯片308正輸入端通過(guò)R7電阻302與Qi三極管309射極連接，Q1三極管309集電極通過(guò)R8電阻303連接到直流穩(wěn)壓電源800的+5V，Qi三極管309射極通過(guò)R9電阻304連接到直流穩(wěn)壓電源800的-5V。
[0016]上述的C3電容305和C4電容306為0.1uF陶瓷電容；
U2高速運(yùn)放芯片308選用AD8045。
[0017]其工作機(jī)理是:
驅(qū)動(dòng)模塊300通過(guò)U2高速運(yùn)放芯片308和&三極管309構(gòu)成的射極跟隨器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的電流放大，使輸出的信號(hào)具備更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，以便被差分甄別模塊500甄別。
[0018]4)電壓參考模塊400
如圖4，電壓參考模塊400是一種由U3高速運(yùn)放芯片414與出三極管415構(gòu)成電壓參考電路，包括R1電阻401、1?11電阻402、1?12電阻403、1?13電阻404、1?14可變電阻405、1?15電阻406、1?16電阻407、Rn電阻408、R18電阻409、C6電容410、C7電容411、(:8電容412、&電容413、1]3高速運(yùn)放芯片414、Q2三極管415和P2接口 416;
其連接關(guān)系是:
U3高速運(yùn)放芯片414由直流穩(wěn)壓電源800的+5V和-5V供電，U3高速運(yùn)放芯片414供電引腳端分別接C7電容411和C8電容412到地;P2接口 416的I腳通過(guò)Riq電阻401和Rn電阻402與U3高速運(yùn)放芯片414的負(fù)輸入端連接，Riq電阻401和Rn電阻402之間接R13電阻404到地，同時(shí)接R12電阻403到R14可變電阻405調(diào)節(jié)引腳，R14可變電阻405另外兩個(gè)固定引腳分別連接直流穩(wěn)壓電源800的+5V和-5V;C6電容410連接U3高速運(yùn)放芯片414的負(fù)輸入端到地，C9電容413與U3高速運(yùn)放芯片414的正輸入端和輸出端連接，U3高速運(yùn)放芯片414輸出端通過(guò)Ri5電阻406與Q2三極管415基極連接，U3高速運(yùn)放芯片414的正輸入端通過(guò)R16電阻407與出三極管415射極連接，Q2三極管415集電極通過(guò)Rn電阻408連接到直流穩(wěn)壓電源800的+5 V，Q2三極管415射極通過(guò)Ri8電阻409連接到直流穩(wěn)壓電源800的-5V。
[0019]上述的C7電容411和C8電容412為0.1uF陶瓷電容；
U3高速運(yùn)放芯片414選用AD8045。
[0020]其工作機(jī)理是:
電壓參考模塊400通過(guò)可選擇的P2接口 416連接外部電壓參考或者―可變電阻405調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源800的+5V到-5V的偏壓得到一個(gè)基準(zhǔn)電壓，通過(guò)U3高速運(yùn)放芯片414與出三極管415構(gòu)成射極跟隨器增加基準(zhǔn)電壓的驅(qū)動(dòng)能力，形成驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)的參考電壓，適應(yīng)差分甄別模塊500的電壓參考要求。
[0021]5)差分甄別模塊500
如圖5，差分甄別模塊500是一種由U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509構(gòu)成的遲滯電壓比較電路，包括Ri9電阻501、1?2()電阻502、1?21電阻503、1?22電阻504、1?23電阻505、1?24電阻506、C1Q電容507、Cn電容508、U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509;
其連接關(guān)系是:
差分甄別模塊500的供電引腳端接直流穩(wěn)壓電源800的+3.3V，同時(shí)接Ciq電容507和C11電容508到地，所述驅(qū)動(dòng)模塊300的輸出端通過(guò)R19電阻501與U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的正輸入端連接，所述電壓參考模塊400的輸出端通過(guò)R2q電阻502與U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的負(fù)輸入端連接，R21電阻503兩端分別連接U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的正輸入端和正輸出端，R22電阻504兩端分別連接U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的負(fù)輸入端和負(fù)輸出端，U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的正輸出端和負(fù)輸出端分別通過(guò)上拉R23電阻505和R24電阻506連接到直流穩(wěn)壓電源的+2.5V。
[0022]上述的C11電容508為極性電解電容；
U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509選用ADCMP553。
[0023]其工作機(jī)理是:
差分甄別模塊500是一種的遲滯電壓比較電路，信號(hào)由U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509正輸入端輸入，U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509的負(fù)輸入端連接電壓參考模塊400提供一定的電壓參考，對(duì)正輸入端信號(hào)進(jìn)行電壓比較;差分甄別模塊500通過(guò)R2I電阻503和R22電阻504構(gòu)成U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片509正負(fù)兩個(gè)輸入輸出端口的遲滯回路，遲滯回路能使信號(hào)有更強(qiáng)的抗干擾能力，但過(guò)強(qiáng)的遲滯效應(yīng)會(huì)將原始輸入信號(hào)濾除，電路調(diào)節(jié)過(guò)程中，可根據(jù)電路產(chǎn)生信號(hào)的情況選擇其中一路或者兩路遲滯回路構(gòu)成遲滯比較器，選擇其中一路遲滯回路時(shí)，另一路斷開(kāi)。
[0024]6)電平轉(zhuǎn)換模塊600
如圖6，電平轉(zhuǎn)換模塊600是一種由Us差分型LVPECL(Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic)轉(zhuǎn)LVDS(Low_Voltage Differential Signaling)電平轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的信號(hào)電壓模式轉(zhuǎn)換電路，包括R25電阻601、R26電阻602、R27電阻603、R28電阻604、R29電阻605、R3q電阻606、R31電阻607、C12電容608、C13電容609和他差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610;
其連接關(guān)系是: 電平轉(zhuǎn)換模塊600的供電引腳接穩(wěn)壓電源800的+3.3V，同時(shí)接C12電容608和C13電容609到地，差分觀別模塊500的正輸出端口和負(fù)輸出端口分別通過(guò)R25電阻601和R26電阻602與Us差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610的正輸入端口和負(fù)輸入端口，R27電阻603和R28電阻604分別連接他差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610的正輸入端口和負(fù)輸入端口到地;U5差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610的正輸出端口和負(fù)輸出端口分別通過(guò)R29電阻605和R3q電阻606連接到熒光采集裝置700，同時(shí)U5差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610的正輸出端口和負(fù)輸出端口之間通過(guò)R3I電阻607連接。
[0025]上述的C12電容608為極性電解電容。
[0026]其工作機(jī)理是:
差分甄別模塊500輸出的信號(hào)是LVPECL電平的數(shù)字脈沖信號(hào)，通過(guò)U5差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器610轉(zhuǎn)換成LVDS電平的脈沖信號(hào)，以便被后級(jí)熒光采集裝置700做進(jìn)一步信號(hào)處理。
[0027]7)熒光采集裝置700
熒光采集裝置700是一種由可編程邏輯器件組成的數(shù)據(jù)采集裝置。
[0028]其功能是對(duì)處理后的熒光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換成壓控信號(hào)控制汞離子微波頻標(biāo)系統(tǒng)中的恒溫晶振。
[0029]二、工作機(jī)理
本發(fā)明主要實(shí)現(xiàn)功能是將熒光放大電路100輸出的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和降噪處理，輸出到由可編程邏輯器件構(gòu)成的熒光采集裝置700進(jìn)行采集處理。
[0030]熒光放大電路100輸出的是由光電倍增管產(chǎn)生并按一定比例放大的負(fù)電壓信號(hào)，附帶較多的噪聲信號(hào)，且驅(qū)動(dòng)能力較差;本發(fā)明首先通過(guò)反相模塊200將熒光放大電路100輸出的信號(hào)進(jìn)行反相處理，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊300的電流放大作用增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，再進(jìn)入差分甄別模塊500;差分甄別模塊500正輸入端連接驅(qū)動(dòng)模塊300輸出端，接收待處理信號(hào);差分觀別模塊500負(fù)輸入端連接電壓參考模塊400，以獲得觀別參考電壓；電壓參考模塊400由雙端口可選擇輸入?yún)⒖茧妷哼B接射極跟隨器構(gòu)成，既可以通過(guò)P2接口 416連接外部直流電壓信號(hào)提供相應(yīng)參考電壓，也可通過(guò)R14可變電阻405調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源提供的-5V到+5V得到相應(yīng)分壓；電壓參考模塊400中射極跟隨器的添加能使參考電壓具有更好的驅(qū)動(dòng)能力，滿(mǎn)足不同狀況下的電壓參考需求;差分甄別模塊500采用了可選擇性雙遲滯比較電路，能通過(guò)連通一路或者兩路遲滯回路增強(qiáng)射頻信號(hào)的抗干擾能力；差分甄別模塊500的電壓比較功能可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形降噪處理，進(jìn)一步提高信號(hào)信噪比，其輸出信號(hào)為差分式脈沖信號(hào)，這樣的信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊600處理后能被可編程邏輯器件直接采集，能有效降低系統(tǒng)整體功耗，減小系統(tǒng)體積，對(duì)系統(tǒng)小型化有著重要的意義。
[0031]三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本發(fā)明以10MHz射頻小信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)熒光采集裝置700后，得到的光子采集相對(duì)誤差低至4.48X10—8，功耗僅IW左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明不僅能降低系統(tǒng)體積功耗，更能精準(zhǔn)地采集熒光信號(hào)。
[0032]四、應(yīng)用
本發(fā)明主要應(yīng)用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)系統(tǒng)中對(duì)熒光信號(hào)的處理，也適用于高速微弱負(fù)電壓信號(hào)的處理。本發(fā)明不僅能在汞離子微波頻標(biāo)小型化系統(tǒng)中使用，更能做類(lèi)似信號(hào)處理的一般化推廣使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，包括現(xiàn)有的熒光放大電路(100)、熒光采集裝置(700)和直流穩(wěn)壓電源(800); 其特征在于: 設(shè)置有反相模塊(200)、驅(qū)動(dòng)模塊(300)、電壓參考模塊(400)、差分甄別模塊(500)和電平轉(zhuǎn)換模塊(600); 其連接關(guān)系是: 熒光放大電路(100)、反相模塊(200)、驅(qū)動(dòng)模塊(300)依次連接，驅(qū)動(dòng)模塊(300)輸出端接入差分甄別模塊(500)的正輸入端，差分甄別模塊(500)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊(600)將得到的高速差分信號(hào)送入到熒光采集裝置(700); 直流穩(wěn)壓電源(800)為反相模塊(200)、驅(qū)動(dòng)模塊(300)、電壓參考模塊(400)、差分甄別模塊(500)和電平轉(zhuǎn)換模塊(600)供電，電壓參考模塊(400)與差分觀別模塊(500)的負(fù)輸入端連接，提供一種精準(zhǔn)的參考電壓。2.按權(quán)利要求1所述的一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，其特征在于: 所述的反相模塊(200)是一種由瓜高速運(yùn)放芯片(208)構(gòu)成電壓放大比為-1的比例放大電路，包括1?1電阻(201)、1?2電阻(202)、1?3電阻(203)、1?4電阻(204)、1?5電阻(205)、(:1電容(206)、&電容(207)、1]1高速運(yùn)放芯片(208)。3.按權(quán)利要求1所述的一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，其特征在于: 所述的驅(qū)動(dòng)模塊(300)是一種由1]2高速運(yùn)放芯片(308)和&三極管(309)構(gòu)成的射極跟隨器，包括R6電阻(301)、1?7電阻(302)、1?8電阻(303)、1?9電阻(304)、(:3電容(305)、C4電容(306)、C5電容(307)、U2高速運(yùn)放芯片(308)和&三極管(309)。4.按權(quán)利要求1所述的一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，其特征在于: 所述的電壓參考模塊(400)是一種由U3高速運(yùn)放芯片(414)與出三極管(415)構(gòu)成電壓參考電路，包括R1電阻(401)、1?11電阻(402)、1?12電阻(403)、1?13電阻(404)、1?14可變電阻(405)、1?15電阻(406)、1?16電阻(407)、1?17電阻(408)、1?18電阻(409)、(:6電容(410)、07電容(411)、C8電容(412)、C9電容(413)、U3高速運(yùn)放芯片(414)、Q2三極管(415)和P2接口(416)。5.按權(quán)利要求1所述的一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，其特征在于: 所述的差分甄別模塊(500)是一種由U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片(509)構(gòu)成的遲滯電壓比較電路，包括Ri9電阻(501)、1?2()電阻(502)、1?21電阻(503)、1?22電阻(504)、1?23電阻(505)、R24電阻(506)、C1()電容(507)、C11電容(508)、U4差分式PECL/LVPECL高速比較器芯片(509)。6.按權(quán)利要求1所述的一種用于汞離子微波頻標(biāo)熒光探測(cè)的差分式信號(hào)甄別電路，其特征在于: 所述的電平轉(zhuǎn)換模塊(600)是一種由1]5差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS電平轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的信號(hào)電壓模式轉(zhuǎn)換電路，包括R25電阻(601)、R26電阻(602)、R27電阻(603)、R28電阻(604)、R29電阻(605)、R3()電阻(606)、R31電阻(607)、C12電容(608)、C13電容(609)和U5差分型LVPECL轉(zhuǎn)LVDS 電平轉(zhuǎn)換器(610)。
【文檔編號(hào)】G01J1/44GK105953917SQ201610310552
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】汪漫, 陳義和, 柳浩 , 佘磊, 李交美
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所