一種慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖信號(hào)檢測(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線脈沖星導(dǎo)航敏感器是實(shí)現(xiàn)X射線脈沖星導(dǎo)航的關(guān)鍵之一，要求能實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線脈沖星輻射信號(hào)的大面積、高靈敏度探測(cè)。在空間輻射環(huán)境下，高能粒子與衛(wèi)星及望遠(yuǎn)鏡材料相互作用，探測(cè)器將接收到高能粒子及其次級(jí)激發(fā)粒子，很難在復(fù)雜的X射線本底中捕獲到天體源輻射的僅有少數(shù)幾個(gè)信號(hào)。為此，降低望遠(yuǎn)鏡本底，是實(shí)現(xiàn)高靈敏度天文觀測(cè)的基本要求。本底，主要來源包括宇宙X射線輻射背景、地磁場(chǎng)捕獲粒子、地球反照等。由于高能粒子與探測(cè)器作用所輸出的信號(hào)形狀上升沿較慢，通過鑒別信號(hào)的上升沿，剔除慢上升沿的高能粒子，即可降低本底。
[0003]慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別有多種方法，主要包括以下幾種:
[0004]雙恒比定時(shí)法，利用兩個(gè)不同閾值的恒比定時(shí)電路判斷脈沖上升沿快慢，其中恒比定時(shí)電路復(fù)雜，功耗大；
[0005]前沿定時(shí)與恒比定時(shí)相結(jié)合方法，利用通過判斷前沿定時(shí)與恒比定時(shí)輸出信號(hào)時(shí)序先后關(guān)系判斷是否為慢上升沿脈沖，該方法容易誤觸發(fā)，靈敏度低；
[0006]電荷與電流相結(jié)合的方法，利用慢上升沿脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的電流比電荷信號(hào)小的特點(diǎn)，將衰減后電荷信號(hào)與延時(shí)后電流信號(hào)進(jìn)行比較，但其電路形式復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路，利用微分電路提取脈沖信號(hào)上升時(shí)間，并通過過零比較單元和脈寬-幅度轉(zhuǎn)換單元，將上升時(shí)間轉(zhuǎn)換為指數(shù)上升的幅度信號(hào)，通過判斷信號(hào)幅度即可鑒別是否是慢上升沿信號(hào)，具有電路形式簡(jiǎn)單、靈敏度高的特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路，包括微分單元、過零比較單元和脈寬鑒別單元，其中:
[0009]微分單元:對(duì)外部輸入的單極性光子脈沖信號(hào)進(jìn)行微分，形成具有兩個(gè)過零點(diǎn)的雙極性信號(hào)并送至過零比較單元；
[0010]過零比較單元:根據(jù)設(shè)置的比較閾值，將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定脈沖寬度的數(shù)字脈沖信號(hào)并送至脈寬鑒別單元；
[0011]脈寬鑒別單元:判斷所述數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度是否超過了設(shè)置的判別閾值，如果超過了則判斷外部輸入的光子脈沖是慢上升沿信號(hào)，輸出一個(gè)高電平脈沖，否則輸出一個(gè)低電平脈沖。
[0012]所述的脈寬鑒別單元的一種實(shí)現(xiàn)形式包括脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路和幅度比較電路，脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路根據(jù)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度，將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅度指數(shù)上升的模擬信號(hào)并送至幅度比較電路；幅度比較電路將轉(zhuǎn)換后的幅度指數(shù)上升的模擬信號(hào)幅度與預(yù)先設(shè)定的判別閾值進(jìn)行比較，當(dāng)幅度指數(shù)上升的模擬信號(hào)幅度大于判別閾值，幅度比較電路輸出一個(gè)高電平脈沖，否則輸出一個(gè)低電平脈沖。
[0013]所述的脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路包括電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R1(l、電阻Rn、比較器U2、運(yùn)算放大器U3、二極管D1W及電容C2;電阻1?6的一端接過零比較單元的反相輸出端，電阻R6的另一端同時(shí)接運(yùn)算放大器U3的反相輸入端以及電KR7的一端，電阻1?7的另一端同時(shí)接二極管陽(yáng)極以及電阻Rltl的一端；電阻1?8的一端接過零比較單元的同相輸出端，電阻R8的另一端同時(shí)接運(yùn)算放大器U3的同相輸入端以及電阻1?9的一端，電阻1?9的另一端接地，二極管D1的陰極接運(yùn)算放大器U 3的輸出端；電阻R 1(1的另一端同時(shí)接電阻R n的一端以及電容(:2的一端，電阻R η的另一端接電壓源VCC，電容C 2的另一端接地，電容C2的非接地端作為脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路的輸出端。
[0014]所述的幅度比較電路包括比較器隊(duì)以及參考電壓源V ref,比較器U2的同相輸入端接脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路的輸出端，比較器U2的反相輸入端接參考電壓源VMf的正端，參考電壓源VMf的負(fù)端接地，比較器U 2的輸出端作為幅度比較電路的輸出端。
[0015]所述的脈寬鑒別單元的另外一種實(shí)現(xiàn)形式包括上升沿觀測(cè)窗口電路和一個(gè)異或門，上升沿觀測(cè)窗口電路根據(jù)輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上升沿的脈沖信號(hào)，異或門將產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)上升沿的脈沖信號(hào)與原始的數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算操作，如果相異或操作的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)上升沿的脈沖信號(hào)，則異或門輸出一個(gè)高電平脈沖，否則輸出一個(gè)低電平脈沖。
[0016]所述的上升沿觀測(cè)窗口電路包括D觸發(fā)器U2、電阻&和電容C 2，D觸發(fā)器U2的數(shù)據(jù)端與高電平相連，D觸發(fā)器U2的時(shí)鐘端與過零比較電路的同相輸出端相連，D觸發(fā)器1的同相輸出端Q與電阻R6的一端相連并作為上升沿觀測(cè)窗口電路的輸出端，電阻1的另一端與電容C2的一端以及D觸發(fā)器U 2的復(fù)位端相連，電容C 2的另一端與地相連。
[0017]所述的微分單元為有源微分電路或者無源微分電路。
[0018]所述的微分單元包括電容C1和電阻R1，電容C1的兩端分別作為微分單元的輸入端和輸出端，電阻R1的一端與微分單元的輸出端相連，電阻R工的另一端接地。
[0019]所述的過零比較單元為一個(gè)遲滯比較器電路，遲滯比較器電路的閾值設(shè)置在過零點(diǎn)附近，高閾值與低閾值電壓幅度相等，極性相反。
[0020]所述的遲滯比較器電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻&和比較器U i，電阻R2的一端作為遲滯比較電路的輸入端，電阻R2的另一端同時(shí)接電阻R3的一端以及比較器1的同相輸入端，電阻R3的另一端接比較器U ^勺同相輸出端；電阻R4的一端接地，電阻R4的另一端同時(shí)接電阻R5的一端以及比較器U1的反相輸入端，電阻R5的另一端接比較器U1的反相輸出端。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過有源微分電路，將脈沖信號(hào)上升沿轉(zhuǎn)換為具有兩個(gè)過零點(diǎn)的脈沖信號(hào)，該信號(hào)大小僅與輸入脈沖信號(hào)的上升沿快慢有關(guān)。輸入脈沖信號(hào)的幅度，只有影響微分后信號(hào)的信噪比，不會(huì)影響兩個(gè)過零點(diǎn)時(shí)間差。通過比較器，將兩個(gè)過零點(diǎn)轉(zhuǎn)換為具有一定寬度的數(shù)字信號(hào)。再利用脈沖寬度-幅度轉(zhuǎn)換電路，提取數(shù)字信號(hào)寬度，這是一個(gè)指數(shù)上升信號(hào)。數(shù)字信號(hào)寬度越大，指數(shù)上升信號(hào)幅度越大。將該信號(hào)與設(shè)定上升沿時(shí)間閾值比較，判斷是否屬于慢上升沿信號(hào)；或者利用數(shù)字邏輯電路判斷數(shù)字信號(hào)寬度是否大于設(shè)定的閾值，判別方式及電路形式比較簡(jiǎn)單，且檢測(cè)靈敏度高。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路的一種實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0023]圖2為圖1所示電路的工作波形示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路的另一種實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0025]圖4為圖3所示電路的工作波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的慢上升沿脈沖信號(hào)的鑒別電路，包括微分單元、過零比較單元和脈寬鑒別單元三部分。其中，微分單元用于提取輸入的光子脈沖的上升沿，對(duì)輸入的單極性光子脈沖信號(hào)進(jìn)行微分后，轉(zhuǎn)換為雙極性信號(hào)。微分時(shí)間常數(shù)的選擇，應(yīng)使得雙極性信號(hào)的信噪比最大。過零比較單元，根據(jù)設(shè)置的比較閾值，將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定脈沖寬度的數(shù)字脈沖信號(hào)。比較單元的閾值由慢上升沿信號(hào)的定義(也即需要檢測(cè)何種信號(hào))決定。脈寬鑒別單元，判斷數(shù)字脈沖信號(hào)寬度是否超過設(shè)置的閾值，其中閾值由慢上升沿信號(hào)的定義決定，如果是則判斷該光子脈沖是慢上升沿信號(hào)，輸出一個(gè)高電平脈沖，否則輸出為低電平。
[0027]上述方案中，微分單元包括無源微分電路和有源微分電路兩種形式。無源微分電路由高通濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電容和電阻構(gòu)成，要求電阻和電容構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)小于輸入脈沖波形寬度的十分之一。有源微分電路則由電阻、電容和運(yùn)放組成。
[0028]上述方案中，過零比較單元是一個(gè)遲滯比較器電路，比較器閾值設(shè)置在過零點(diǎn)附近，高閾值與低閾值電壓幅度相等，極性相反。閾值一般設(shè)置在微分后信號(hào)幅度十分之一左右，通過調(diào)節(jié)比較單元中電阻之間比例關(guān)系即可設(shè)置閾值。
[0029]上述方案中，脈寬鑒別單元有兩種實(shí)現(xiàn)形式。第一種將數(shù)字脈沖寬度轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，其幅度隨著脈沖寬度增加，再通過判斷幅度高低是否超過設(shè)置的閾值，即由脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路和幅度比較電路兩部分組成。脈寬-幅度轉(zhuǎn)換電路，可根據(jù)數(shù)字脈沖的寬度，轉(zhuǎn)換為幅度指數(shù)上升的模擬信號(hào)。脈沖寬度，與模擬信號(hào)幅度之間是指數(shù)關(guān)系；幅度比較電路，由比較器組成。當(dāng)指數(shù)上升的模擬信號(hào)幅度超過設(shè)置的比較器閾值，比較器輸出一個(gè)高電平脈沖，代表輸入端的光子脈沖信號(hào)是慢上升沿信號(hào)。比較器閾值由參考電壓源設(shè)置，通過改變參考電壓源電壓來改變閾值。第二種采用數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)，數(shù)字脈沖與具有一定寬度的另一個(gè)數(shù)字脈沖進(jìn)行求與運(yùn)算，只要比較器輸出的數(shù)字脈沖寬度比設(shè)置的脈寬大，則邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖，代表著這是一個(gè)慢上升沿光子脈沖，否則輸出低電平。通過調(diào)節(jié)數(shù)字邏輯電路中電阻和電容參數(shù)即可設(shè)置閾值。
[0030]圖1是本發(fā)明慢上升沿脈沖信號(hào)鑒別電路的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，包括微分單元、過零比較單元和脈寬鑒別單元。其中，微分單元連接于過零比較單元，用于對(duì)輸入的單極性光子脈沖信號(hào)進(jìn)行微分后，形成具有兩個(gè)過零點(diǎn)的雙極性信號(hào)；過零比較單元連接于脈寬鑒別單元，用于將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定脈沖寬度的數(shù)字信號(hào)。脈寬鑒別單元，用于判斷數(shù)字脈沖信號(hào)寬度是否超過設(shè)置的閾值，如果是則判斷該光子脈沖是慢上升沿信號(hào)，輸出一個(gè)高電平脈沖，否則輸出為低電平。
[0031]進(jìn)一步地，所述微分單元包括:
[0032]第一電容C1，一端與輸入端Vin相連，另一端與第一電阻R工和第二電阻R 2相連，標(biāo)記為net I ；
[0033]第一電阻R1, —端與第一電容C1相連，另一端與地相連；
[0034]第一電容C1和第一電阻R工構(gòu)成微分電路，C jP R工參數(shù)選擇應(yīng)與輸入端V in脈沖信號(hào)上升沿時(shí)間相匹配，應(yīng)小于脈沖寬度的十分之一。
[0035]輸入端Vin是一個(gè)正極性脈沖信號(hào)，經(jīng)過微分單元，轉(zhuǎn)換為雙極性信號(hào)，而且是在Vin達(dá)到峰值時(shí)，雙極性信號(hào)從正電壓切換到負(fù)電壓，形成一個(gè)過零點(diǎn)。
[0036]進(jìn)一步地，所述過零比較單元包括:
[0037]第二電阻R2, —端與netl相連，另一端與第三電阻R3和第一比較器U丨的同相輸入端相連，標(biāo)記為net2 ；
[0038]第三電阻R3, —端與net2相連，另一端與第一比較器仏同相輸出端和第八電阻R 8相連，標(biāo)記為net3 ；
[0039]第四電阻R4, —端與地相連，另一端與第一比較器U1的反相輸入端和第五電阻R 5相連，標(biāo)記為net4 ；
[0040]第五電阻R5，一端與net4相連，另一端與第一比較器U1反相輸出端和第六電阻R 6相連，標(biāo)記為net5 ；