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核电子学与核仪器课件6[1]
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
探测器-前置放大器第一级的信号和主要噪声源的等 效电路。
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
（2）低温运用。当温度T低时，a噪声较小，而且 由于探测器漏电流及场效应管栅极漏电流减少也 使b噪声减少。特别是场效应管的跨导也与温度有 关，在一定温度范围内，gm值要比常温大一倍左 右。
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 降低前置放大器噪声的措施
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
以a、b、c输入并联电流噪声表示的等效电路：
•等效输入端电流噪声
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•等效输出端电压噪声
核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
当反馈足够深时 由图(a)
由图(b)
最终得到
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
变换增益、输出稳定性、输出噪声、输出脉冲上 升时间及其稳定性、计数率效应
核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
n 所谓时间分析是指测量的两个相关核事件的时间 间隔概率密度分布。表征一个时间分析系统的主 要特性是时间分辨，它是指系统能分开两个事件 的能力。目前，用电子学方法测量最小时间间隔 约为10-13s。
n 电子学测量时间间隔的范围大概为10-3—10-12s之间。 通常μs量级的定时称为慢定时，ps量级的定时称为 快定时。
触发电路用作定时电路将会存在延迟。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
n 2.1前沿定时
¨ 前沿定时误差分析
将输入信号用方程式表 示如下：
路漫漫其悠远
定时时间：
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
¨ 前沿定时误差分析
1）输入信号幅度和上升时间变化引起的时间移动
信号幅度变，上升时间不变：
噪声均方根值为vn 噪声引起的过阈时间的标准偏差
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
4）输入信号统计涨落引起的时间晃动
对于同一种类、同一能量的入射粒子，即使入射 到探测器同一区域，探测器输出信号的产生时间、 幅度和波形也是涨落的。信号的统计涨落将引起 定时的时间晃动。当然，如果定时电路能够消除 由于幅度和上升时间变化而产生的时间移动，就 能消除由于幅度和上升时间涨落而产生的时间晃 动。但是，探测器输出信号产生时间相对于粒子 入射时刻的涨落和信号波形的涨落，仍将引起定 时电路的时间晃动 。
核电子学与核仪器-课件 16
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件16
第四章关键点
n 脉冲幅度甄别器
工作原理、微分谱、积分谱、一般要求、半计数法
n 单道脉冲幅度甄别器
核电子学与核仪器课件17
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核电子学与核仪器课件17
符合曲线测量装置及符合曲线
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.2符合电路
¨ 慢符合电路
n 慢符合电路的分辨时间范围 大概为10ns到10μs之间。慢 符合电路单元大多用与非门 作成。
n 实际符合电路都需要一个比 较好的输入成形级，使输入 信号成形为宽度相同且稳定 的脉冲信号。
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核电子学与核仪器课件17
¨ 快信号传输和传输电缆
n 在使用电缆传输信号时，需要区分所传输的脉冲 信号是快脉冲还是慢脉冲。由于所用电缆的传输 速 度 一 般 为 vp=3.3ns/m ， 所 以 信 号 在 电 缆 中 的 传 输时间为：t=vp·l。信号的上升时间tr<t为快脉冲； 上升时间tr>t为慢脉冲。
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.1符合方法
•分辨时间：能够产生符合输出 的几个输入端脉冲之间的最大 时间间隔。
符合单元的工作波形
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.1符合方法
符合电路所能识别的“同时”，不是严格的同时， 只表明两输入脉冲的到达时间在一定范围内。所 以tW越大，发生偶然符合的概率就越大。但是， tW也不能选得太小。由于探测器输出信号存在时 间涨落和实际的时检电路存在时间移动和晃动， 真符合事件产生的两信号可能不同时到达符合电 路，在tW过小时将有真符合计数损失，所以要根 据实际条件合适选择tW。选择时主要考虑的问题 就是真符合效率和偶然符合计数率。
¨ 起-停型时幅变换
时间间隔变换成脉冲幅度的最简单方法是在起始信号 与停止信号之间的时间间隔内，用恒定电流充电的方 法。
核电子学与核仪器课件3[1]
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器， 用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号； (2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号 的处理，从探测器输出信号中提取出核辐射信息，并 转换成相应的物理量； (3)核辐射探测器通常可以看成是一个电流源； (4)不同的探测器，其能量-电荷转换过程及持续时间 是不同的，输出信号各有其特点，需采用不同的处理 方法或手段。
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
气体探测器
入射粒子在电离室中引起电离，电子、离子漂移形成电流； 当外加电压升高时，探测器工作于正比区，就成为正比计 数器；当气体放大倍数随电压急剧上升，电子雪崩持续发 展成自激放电，则成为G-M计数器。
n 一、核辐射探测器及其输出信号
1.1核辐射探测器的要求和特点 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号 1.3核辐射探测器的基本性能 1.4核辐射探测器的输出电路 1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
n 二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响 2.2噪声的分类和噪声源
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核电子学与核仪器课件3[1]
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 半导体探测器
常 用 的 半 导 体 探 测 器 包 括 金 硅 面 垒 探 测 器 、 Ge(Li) 和 Si(Li)探测器、高纯锗探测器等，它们都是以半导体材料 为探测介质，具有能量分辨率高，线性范围宽等优点。
核医学常用仪器ppt课件
显示系统在位置信号和发光信号驱动下，显闪 烁光点，接着成像装置记录大量闪烁光点。计 算机采集处理得到灰度不同的脏器放射性核素 二惟分布图，依据放射性浓度差异定位脏器和 病变部位。
第二闪烁剂 常用POPOP(1,4-双-【5-苯基恶唑基-2】-苯) ）
β-射线样品的测量
测量要点： 合理制备样品，使之适合液闪测量的形式，并进行淬灭校 正。 1、 测量方式： （1）均相测量：是样品以真溶液形式存在于闪烁液中进行测量，测量误 差小，计数效率高，是理想的测量方式。 （2）非均相测量：是放射性样品存在于非均相体系中，如固-液相或不 混溶的液-液相中任一相进行测量。 2、样品制备：常用的方法有酸、碱消化法（使难溶的生物样品经过某 些化学变化，成为溶于闪烁液的分子进行测量）和燃烧法（使样品氧 化或燃烧，无化学发光和明显的淬灭）。
淬灭校正及其方法
淬灭校正（quench correction）：由于各种因素 导致探测效率低下。需作淬灭校正才能相互比较计 数率。淬灭校正就是要求出每一样品的实际探测效 率，再将其计数率cpm换算成衰变率dpm，从而 将淬灭程度不同的因素消除掉。 dps=Bq
校正方法：内标准源法、内道比法、外道比法、H 数法。
放射性测量
积分测量与微分测量
积分测量 ：用只有一个甄别器的探测器进行放 射性测量，将幅度大于甄别阈的全部脉冲记 录下来，这样的测量称为积分测量。
微分测量：用单道脉冲幅度分析器进行放射性 测量，将幅度在上下甄别阈之间的脉冲记录 下来，这样的测量称为微分测量。
液体闪烁测量
放射性样品溶解或悬浮于闪烁液中或分散吸附在固体支持 物上浸于闪烁液中进行测量，样品与闪烁液接触紧密，样品的自吸
第三章 放射性探测仪器
一.原理 在众多的放射性探测仪器中，其探测的基 本原理都是建立在核射线与物质的相互作用的基础 上。具体分为以下几种类型：
核电子学与核仪器课件2[1]
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核电子学与核仪器课件2[1]
一、气体探测器
n 1.2电离室的工作机制
¨ 电离室的工作方式 (1) 脉冲型工作状态
记录单个入射粒子的电离效应，处于这种工作状态 的电离室称为：脉冲电离室。
(2) 累计型工作状态
记录大量入射粒子平均电离效应，处于这种工作状 态的电离室称为：累计电离室。
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对不同的气体，W大约为30eV。
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核电子学与核仪器课件2[1]
一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
¨ 电子与离子在气体中的运动
当存在外加电场的作用情况时，离子和电子除了与 作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间分布 不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作 用沿电场方向定向漂移。
一、气体探测器
n 1.1气体中离子与电子的运动规律
¨ 气体的电离与激发 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用， 使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 入射粒子直接产生的离子对称为原电离。初电离产 生的高速电子足以使气体产生的电离称为次电离。
总电离 =原电离+ 次电离
电离能W：带电粒子在气体中产生一电子离子对 所需的平均能量。
n 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器 中沉积能量；
n 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种 形式的输出信号。
•辐射探测器学习要点（研究问题）：
• 探测器的工作机制； • 探测器的输出回路与输出信号； • 探测器的主要性能指标； • 探测器的典型应用。
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核电子学与核仪器课件2[1]
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核电子学与核仪器课件2[1]
一、气体探测器
核电子学与核仪器课件
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
放大器的幅度过载特性
抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示。其定义： 在给定过载程度的条件下，放大器输出波形回到基线 并保持在基线附近最大额定输出电压±1%的一个带内， 小信号增益已回到正常时所需要的时间。然而，由于 过载引起的下冲还与放大器的成形电路时间常数、输 入脉冲宽度有关，故通常是在一定成形时间常数下， 抗过载性能的表示：规定过载脉冲幅度为最大线性输 入幅度的多少倍，过载恢复时间则以不过载时的脉宽 多少倍来度量。
t'2 r2
t'2 rn
上升时间与带宽的关系： 快的上升时间相应有宽的频带，
0.35 f
tr
因此核测量用的脉冲放大器通常 是一个宽带放大器，而采用负反 馈是提高放大节上升时间很有效 的方法。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
其它类型的一些放大器 (1)偏置放大器
(2)快脉冲放大器
快脉冲放大器是放大特别快的信号，往往要求在时间 信息方面使用。
An
1
Rf R
信噪比对比：
AS R f AS R R f
信号从同相端输入
An 1 An
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
（1）采用差分放大器 作为输入级，可以提高 电路的抗过载性能。
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
（2）采用交直流分开的 负反馈。从交流反馈来 看是电压串联负反馈， 故具有电压串联反馈的 一切优点。
放大器输出信号的形状，取决于成形滤波电路，所 以放大节上升时间必须比滤波成形电路的上升时间 小得多。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
《核医学仪器》PPT课件
SPECT的图像是反映放射性药物在体内的断层 分布图
放射性药物能够选择性聚集在特定脏器、组织 或病变部位，使其与邻近组织之间的放射性分 布形成一定程度浓度差
精品文档
（三）SPECT与CT的异同：
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四、正电子发射型计算机断层仪
(positron emission tomography，PET) （一）探测原理：
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（二）探测系统：
1、闪烁探头：将光子转换成可见光 锗酸铋(BGO)晶体 硅酸镥(LSO)晶体、硅酸钆(GSO)晶体
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2、脉冲处理：将探头传过来的电信号转换成时间信号， 经过数字化、常分鉴别器处理后的脉冲信号用于符合电 路信号处理。
低能鉴别器、高能鉴别器 3、符合电路系统：通过符合电路系统处理获得湮灭反应 产生的信号后，就能确定有无正负电子符合事件发生。
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PET/CT的特点：
CT与PET硬件、软件同机融合。 解剖图像与功能图像同机融合。 同一幅图像既有精细的解剖结构又有丰富生理、
生化分子功能信息。 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程。 高灵敏度，高特异性，高准确性。 PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；
PET/CT能实现的， PET或CT单独不一定能实现。
三维采集：取消环间隔，在所有的环内进行符合计算 计数率高，散射严重，分辨率低。
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PET系统流程图：
回旋加速器
产生同位素
化学合成同位素示踪剂
PET扫描器
注入人体
进行PET扫描
采集得到投影原始数据
重建获得浓度分布图像
动态建模及功能图像生成算法
计算机系统
获得功能图像
精临品文床档分析诊断
（四）校正技术：
放射性药物能够选择性聚集在特定脏器、组织 或病变部位，使其与邻近组织之间的放射性分 布形成一定程度浓度差
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（三）SPECT与CT的异同：
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四、正电子发射型计算机断层仪
(positron emission tomography，PET) （一）探测原理：
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（二）探测系统：
1、闪烁探头：将光子转换成可见光 锗酸铋(BGO)晶体 硅酸镥(LSO)晶体、硅酸钆(GSO)晶体
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2、脉冲处理：将探头传过来的电信号转换成时间信号， 经过数字化、常分鉴别器处理后的脉冲信号用于符合电 路信号处理。
低能鉴别器、高能鉴别器 3、符合电路系统：通过符合电路系统处理获得湮灭反应 产生的信号后，就能确定有无正负电子符合事件发生。
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PET/CT的特点：
CT与PET硬件、软件同机融合。 解剖图像与功能图像同机融合。 同一幅图像既有精细的解剖结构又有丰富生理、
生化分子功能信息。 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程。 高灵敏度，高特异性，高准确性。 PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；
PET/CT能实现的， PET或CT单独不一定能实现。
三维采集：取消环间隔，在所有的环内进行符合计算 计数率高，散射严重，分辨率低。
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PET系统流程图：
回旋加速器
产生同位素
化学合成同位素示踪剂
PET扫描器
注入人体
进行PET扫描
采集得到投影原始数据
重建获得浓度分布图像
动态建模及功能图像生成算法
计算机系统
获得功能图像
精临品文床档分析诊断
（四）校正技术：
核电子学与核仪器课件3
随机性（时间、幅度）
信号弱，但跨度大（ μV~几十伏） 速度快
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 核辐射探测器的分类 给出信号（电信号与非电信号） 电信号： 气体探测器（气体电离室，正比计数器，G-M 管等） 半导体探测器（ P-N结、PIN结、高纯锗等） 闪烁体探测器（=闪烁体+光电倍增管）
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.1核辐射探测器的要求和特点
核辐射测量中，最基本的特点是它的统计性，因 为在核辐射探测器中，射线与物质相互作用的过 程是随机的，且核衰变过程也是也是以一定的概 率性来表现的；所以，必须对大量事物的统计规 律作出相应的处理和分析。
¨ 核电子学信号的特点
等效噪声电压：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响
等效噪声电荷（ENC） 为了判断核谱测量系统对电荷量、能量的分辨 程度，也可将系统的输出端噪声折算到输入端， 给出噪声所对应的等效噪声电荷或等效噪声能 量。
等效噪声电荷：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器， 用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号；
(2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号 的处理，从探测器输出信号中提取出核辐射信息，并 转换成相应的物理量；
n 2.2噪声的分类与噪声源
核电子学中的主要噪声有三类： 散粒噪声（探测器漏电流的噪声、场效应管栅极 漏电流噪声） 热噪声（场效应管的沟道热噪声、电阻原件的热 噪声） 低频噪声（场效应管闪烁噪声）
信号弱，但跨度大（ μV~几十伏） 速度快
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 核辐射探测器的分类 给出信号（电信号与非电信号） 电信号： 气体探测器（气体电离室，正比计数器，G-M 管等） 半导体探测器（ P-N结、PIN结、高纯锗等） 闪烁体探测器（=闪烁体+光电倍增管）
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.1核辐射探测器的要求和特点
核辐射测量中，最基本的特点是它的统计性，因 为在核辐射探测器中，射线与物质相互作用的过 程是随机的，且核衰变过程也是也是以一定的概 率性来表现的；所以，必须对大量事物的统计规 律作出相应的处理和分析。
¨ 核电子学信号的特点
等效噪声电压：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响
等效噪声电荷（ENC） 为了判断核谱测量系统对电荷量、能量的分辨 程度，也可将系统的输出端噪声折算到输入端， 给出噪声所对应的等效噪声电荷或等效噪声能 量。
等效噪声电荷：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器， 用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号；
(2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号 的处理，从探测器输出信号中提取出核辐射信息，并 转换成相应的物理量；
n 2.2噪声的分类与噪声源
核电子学中的主要噪声有三类： 散粒噪声（探测器漏电流的噪声、场效应管栅极 漏电流噪声） 热噪声（场效应管的沟道热噪声、电阻原件的热 噪声） 低频噪声（场效应管闪烁噪声）
核电子学与核仪器课件5[1]
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在电荷灵敏前置放大器中，由于对反馈电容Cf的充电 作用，信号是一个一个的累加上去的，如果不给Cf上 的电荷以放电通路的话，那么不断充电的结果，将使 放大器无法工作。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
探 测 器 与电荷灵 敏前置放 大器采用 直流耦合。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
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•电 荷灵 敏前 置放 大器 的一 种典 型电 路
核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
n 工作过程： n 半导体探测器D经过负载电阻由高压电源供电。Ｃ
减少外界干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电
缆阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器和主放大
器两部分。(在实际测量中，前置放大器的参数很少变动，
而由后面的主放大器来调节。)
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
n 1.1前置放大器的作用
¨ 提高系统的信噪比
•布局1：传输线 长，分布电容大， 信噪比小。
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
探 测 器 与电荷灵 敏前置放 大器采用 交流耦合。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
上述电荷灵敏前置放大器的主要指标(变换增益、 输出稳定性、输出噪声、输出上升时间和计数率 效应)，为具体电路的设计考虑和分析研究明确了 要求。但应该注意各项指标的性能高低，需要结 合具体物理实验需要，全面权衡考虑，因为实际 上有些指标是相互牵制、制约的，不应该片面地 强调某一指标。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
探 测 器 与电荷灵 敏前置放 大器采用 直流耦合。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
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•电 荷灵 敏前 置放 大器 的一 种典 型电 路
核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
n 工作过程： n 半导体探测器D经过负载电阻由高压电源供电。Ｃ
减少外界干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电
缆阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器和主放大
器两部分。(在实际测量中，前置放大器的参数很少变动，
而由后面的主放大器来调节。)
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
n 1.1前置放大器的作用
¨ 提高系统的信噪比
•布局1：传输线 长，分布电容大， 信噪比小。
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
探 测 器 与电荷灵 敏前置放 大器采用 交流耦合。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
上述电荷灵敏前置放大器的主要指标(变换增益、 输出稳定性、输出噪声、输出上升时间和计数率 效应)，为具体电路的设计考虑和分析研究明确了 要求。但应该注意各项指标的性能高低，需要结 合具体物理实验需要，全面权衡考虑，因为实际 上有些指标是相互牵制、制约的，不应该片面地 强调某一指标。
核电子学与核仪器课件15
核电子学与核仪器-课件 15
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件15
上次课关键点
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
本堂课主要内容
n 五、闪电型模数变换器 n 六、模数变换器的主要技术性能及其测量
6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 6.2模数变换器的微分非线性 6.3计数率特性 6.4道剖面
滑 移 脉 冲 发 生 器 的 波 形
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
滑移脉冲发生器的脉冲序列可表示为：
单位幅度间隔内的脉冲数：
微分非线性DNL为：
由各道计数偏差求得的各道道宽的相对偏差为：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性
¨ 峰位法 模数变换器的积分非线性：
理想值与真实值之间的偏差为：
积分非线性为：
路漫漫其悠远
温度变化
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 计算积分非线性的更精确方法可以用最小二乘法 得到最佳拟合直线。
实测N个点，可得
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 由此可得到积分非线性为：
为了简便，实际工作中往往用近似方法计算。
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核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件15
上次课关键点
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核电子学与核仪器课件15
本堂课主要内容
n 五、闪电型模数变换器 n 六、模数变换器的主要技术性能及其测量
6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 6.2模数变换器的微分非线性 6.3计数率特性 6.4道剖面
滑 移 脉 冲 发 生 器 的 波 形
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核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
滑移脉冲发生器的脉冲序列可表示为：
单位幅度间隔内的脉冲数：
微分非线性DNL为：
由各道计数偏差求得的各道道宽的相对偏差为：
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性
¨ 峰位法 模数变换器的积分非线性：
理想值与真实值之间的偏差为：
积分非线性为：
路漫漫其悠远
温度变化
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 计算积分非线性的更精确方法可以用最小二乘法 得到最佳拟合直线。
实测N个点，可得
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 由此可得到积分非线性为：
为了简便，实际工作中往往用近似方法计算。
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核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
核电子学与核仪器课件11[1]
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核电子学与核仪器课件11[1]
第三章关键点
n 谱仪放大器的放大节
并联负反馈与串联负反馈；同相输入与反相输入信 噪比的区别
n 谱仪放大器中的滤波成形
滤波成形的作用(抑制系统噪声、使信号形状满足 后续分析设备的要求)；白化滤波器与匹配滤波器； 滤波成形的信息畸变(弹道亏损、堆积畸变)；无源 滤波成形电路(极-零相消、积分滤波成形、准高斯 成形)；有源滤波成形电路；基线恢复器(CD恢复电 路、CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器
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•脉冲幅度 积分谱与脉
冲幅度微分 谱
核电子学与核仪器课件11[1]
一、脉冲幅度甄别器
用积分甄别器来获取幅度谱时，需要将测量的数据 进行相减计算。所以不仅费时间，而且还会增大误 差。为此，要求设计直接测量幅度的微分甄别器， 即单道脉冲幅度分析器。
•阈电压一定，幅度不同 •阈电压不同，幅度相同
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核电子学与核仪器课件11[1]பைடு நூலகம்
一、脉冲幅度甄别器
脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。它 有一个阈电压，称为甄别阈。输入脉冲幅度大于 给定的甄别阈时，输出一个脉冲，输入脉冲幅度 小于给定的甄别阈时则无脉冲输出。有无脉冲输 出输出可分别用逻辑“1”或逻辑“0”表示。
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n 二、单道脉冲幅度分析器
2.1单道脉冲幅度分析器工作原理 2.2单道脉冲幅度分析器实例 2.3单道脉冲幅度分析器技术指标
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核电子学与核仪器课件11[1]
第四章 脉冲幅度分析
从探测器出来的脉冲信号经前置放大器和谱
仪放大器放大后，需要进一步处理，处理方 式根据不同实验要求一般可以分成：脉冲计 数(强度测量)；脉冲幅度分析(能谱测量)； 脉冲信号时间分析(时间测量)。由此可知， 各种处理方式大多涉及到脉冲幅度信息的甄 别和分析。所以核脉冲幅度的甄别和分析成 为核电子学的主要研究课题。
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2020-5-23
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NIM标准小结
• 最早的核电子学标准
– 机械标准：机箱和插件 – 电气标准：电源和信号
• 模拟设备标准，数字改良标准NIM+GPIB。但这 种CCNIM设备比较少。
2020-5-23
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随着计算机技术的发展和其在核电子学中的应用，
为了实现数据采集和处理系统的标准化，当代的 核电子学仪器除了在机箱、插件的机械结构、电 源标准和信号电平等方面做出了规定之外，还在 信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定了 标准。这就是总线标准。
NIM信号标准
慢线性信号标准： • 幅度：0~1V 或0~10V； • 上升时间：50ns； • 宽度：0.5~100s； • 输入阻抗、输出阻抗无统一标准，现有插件（ORTEC）
中一般为输入阻抗1k，输出阻抗一般有两种：前面板 为<1，后面板93
快线性信号标准： • 幅度：0~ -1V，0~ -5V或 0~ -10V； • 上升时间：<50ns； • 宽度：<1s； • 输入阻抗50，输出阻抗很大或<1。
‘0’ -1~ +1mA
-4~ +4 mA来自上升时间 2ns~ 10ns，宽度不重要，前沿触发（在 ORTEC插件中信号的典型上升时间为2ns）。
输入阻抗、输出阻抗 50
**由于信号的快上升时间，在负的快逻辑信号处理中必须 考虑电缆匹配的问题。
ECL Logic Signals
2020-5-23
Output (must deliver) Input (must respond to) High state –0.81 to –0.98 V(-0.9V) –0.81 to –1.13 V Low state –谢1.谢63阅t读o –1.95 V(-1.8V) –1.48 to –1.95 V8
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
2020-5-23
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4
NIM标准
• Nuclear Instrument Module
• 最早提出的核电子学插件化的标准。NIM标准是
在计算机大量普及前制定的，因此，一般用于模 拟信号处理系统。
• 目前，除了前置放大器之外，所有进行模拟信号 处理的设备以及模数变换、计数电路等设备，在
• VME计算机总线和在其基础上发展的VMEBus模 块化仪器总线
• PCI计算机外围设备总线和在其基础上发展的PXI 模块化仪器总线
• USB计算机串行总线
2020-5-23
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VME总线
• 面向高性能微处理机M68XXX开发的系统总线，起源于美 国MOTOROLA公司。
• VME（VersaModule Eurocard）总线是一种通用的计算 机总线，经过多年的改造升级，基于VME系统的产品遍及 了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领 域，在核电子和高能物理实验领域也已经广泛应用。
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虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。①计算机是 载体,②软件是核心③高质量的A/D采集卡及放大器 是关键。
虚拟仪器
2020-5-23
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2020-5-23
网络化仪器
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2020-5-23
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实验课
• NaI（Tl）慢计数系统 • 半导体能谱仪系统 • 符合测量系统
2020-5-23
• PCI总线：
– 1993年， Intel公司，外围设备互连总线 （Peripheral Component Interconnect-PCI）
– 1997年美国NI公司，PXI模块化仪器总线
• USB串行总线：
– 1995年， 美国多家公司，高性能串行数据总线
（Universal Serial Bus-USB）
• 1987年推出的VXIbus系统是一种用于模块化仪器的总线 系统。VXIbus系统具有模块式结构、高速数传、系统组建 及使用灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度 高等诸多优点，得到迅速发展和推广。
• 最大特点：改变了CAMAC和FASTBUS通过控制器对总
线进行控制的方式，每个插件都可以对总线进行控制，解
–一般功能插件实现一个独立的功能，用若干个插件可 以组合成一个较复杂的系统。
–机箱控制器用来控制机箱内各插件的动作并提供 CAMAC数据路与外部计算机之间的通讯接口功能。
2020-5-23
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CAMAC系统的组成框图举例
2020-5-23
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FASTBUS
总线标准向高速度、高度灵活方面发展，因 此核电子学仪器又发展了新一代总线-快总线 （FASTBUS），数据的速度比CAMAC大约 快一个量级。“快总线”插件，电路采用 ECL组件，功耗较大，机箱散热成了专门问 题。
2020决-5-2了3 大量数据输入输出的谢问谢阅题读。
20
插件化
VME 机箱
96芯的插针式插座， 提供了插件之间的 联系，包括电源线、 数据线、控制线和
状态线
2020-5-23
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VME 系统
专用VME 控制单板机
模拟设备 NIM系统
VME数据 获取系统
2020-5-23
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PCI总线和USB总线
核电子学中的仪器标准
2020-5-23
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1
2020-5-23
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2
• 机械和电气标准：核电子学信号处理设备的插 件化、标准化，核电子学仪器在机箱、插件的 机械结构、电源标准和信号电平等方面做出了 规定。
• 总线标准：现代计算机技术在核电子学系统的 应用，实现数据采集和处理系统的标准化，在 信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定 了标准。
2020-5-23
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NIM＋GPIB标准
• 为了适应计算机技术的发展，1983年美国 NIM委 员会公布了“ NIM+数字数据总线标准 ” 即NIM ＋GPIB标准。
• 是NIM仪器的数字化改良，依据这个新标准所生 产的插件又叫CCNIM " Computer Controlled NIM"。计算机通过GPIB总线来控制插件的工作， 实现自动化测量和控制。
– 计算机和仪器设备等均配备了USB端口
2020-5-23
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23
核电子学中的仪器标准总结
• NIM(-GPIB)标准： 最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线，没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
重点：
1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？ 机械标准、电气标准和总线标准
2. 几种典型的标准
2020-5-23
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24
仪器的发展
2020-5-23
模拟仪器
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模数转换出
现，数字显
示仪器
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智能仪器
2020-5-23
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个人仪器
2020-5-23
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12
CAMAC标准
Computer Automated Measurement And Control
核电子学仪器中的第一代总线标准
规定了机箱和插件的机械尺寸，供电方式和供电标
准外，还在信息传输方式、信号传递的硬件和软件 方面也规定了标准。
2020-5-23
机械标准、电气标准、总线标准
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CAMAC 机箱
数据路：86芯的印制板插 座，提供了插件之间的联 系，包括电源线、数据线、
控制线和状态线。
2020-5-23
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CAMAC系统的组成
• 由机箱(Crate)和插件(Plug-in Module)组成，插件 又分为一般功能组件(Module)和机箱控制器(Crate Controller)。
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2020-5-23
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31
国内外也都按NIM标准设计和生产。
• NIM标准的确立大大提高了核电子学仪器的机械 互换性和电气互换性。
2020-5-23
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5
NIM机箱和插件结构
电源的 标准化
机箱和插件的 尺寸标准化
机箱：19英寸宽，7英寸高，可以容纳十二个单倍宽的NIM插件。
2020-5-23
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6
NIM信号标准
正逻辑标准：为电压信号，用在中低速逻辑电路（dc到 1MHz）。
Input (must respond to)
+2 to +5 V 0 to +0.8 V
2020-5-23
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7
NIM信号标准
快（负）逻辑标准：为电流信号，流入阻抗为50的负载， 用于高速逻辑电路中。
电流标准
输出（必须送出） 输入（必须反应）
‘1’ -14~ -18 mA
-12~ -36 mA
此处只涉及核科学和技术领域的总线技术
2020-5-23
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3
核电子学中的仪器和总线标准
• NIM(-GPIB)标准： 最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线，没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
电平标准