نظام الحصول على البيانات للكشف عن إشارة الإشعاع البصري العابر
وفقًا لخصائص الخلفية القوية والهدف الضعيف في الكشف عن الإشعاع البصري العابر ، تصمم هذه الورقة مخططًا للحصول على البيانات مع FPGA باعتباره جوهر التحكم والمعالجة. يعتمد النظام على قنوات التصفية المزدوجة الخلفية والإشارة ، وتضخيم يتم التحكم فيه بواسطة البرنامج على مستويين ، مما يضمن بشكل فعال جودة الحصول على الإشارة ؛ في الوقت نفسه ، تتبنى تخزين تحويل التردد لإشارات الهدف ، مما يقلل بشكل كبير من متطلبات تخزين البيانات ونقلها ، ويضمن عملية اكتساب أكثر اتساقًا. دقة القياس.
1 تكوين النظام ومبدأ العمل
يمكن تقسيم نظام الحصول على البيانات تقريبًا إلى ثلاثة أجزاء: وحدة المعالجة المسبقة ، ووحدة تخزين العينات ، ووحدة التحكم FPGA. تشتمل وحدة المعالجة المسبقة على أجهزة التحويل الكهروضوئية ، وبنوك المرشح النشطة ، ودوائر مكبر الصوت التي يتحكم فيها البرنامج. يظهر مخطط الكتلة للنظام بأكمله في الشكل 1. تقوم دائرة التحويل الكهروضوئي بتحويل الإشارة الضوئية التي تدخل النظام إلى إشارة حالية من خلال كاشف ، ثم تحولها إلى إشارة جهد من خلال مكبر تشغيلي للمقاومة. يقوم النظام بتصميم قناتي ترشيح: الخلفية تعتمد ترشيح تمرير منخفض ، وتعتمد الإشارة ترشيح تمرير عالي. في الحالة الأولية ، يقوم المفتاح التناظري بتحديد قناة الخلفية افتراضيًا ، ويتم ضبط مكبر الصوت القابل للبرمجة على وضع الخلفية. بعد أخذ عينات إشارة الخلفية بواسطة A / D ، يتم إرسالها إلى FPGA لمقارنة العتبة. عندما يتم الكشف عن موقف أكبر من العتبة ، يقوم FPGA بتبديل قناة التبديل التناظري ، ويتم تحديد قناة مرشح التمرير العالي ، ويتم تحديد وضع التشغيل لمكبر الصوت الذي يتحكم فيه البرنامج كوضع الإشارة. وفقًا لخصائص الإشارة التي تكون شديدة الانحدار في البداية وبطيئة في النهاية ، فإن FPGA تدرك جمع البيانات وتخزينها بكثافة ثم بشكل متقطع من خلال التحكم المنسق لـ A / D و FIFO.
2. تصميم أجهزة نظام الحصول على البيانات
2.1 دائرة المعالجة المسبقة للمرحلة الأمامية
في دائرة الكشف الكهروضوئية ، يرتبط جهاز الكشف الضوئي ارتباطًا مباشرًا بجودة أداء النظام. من أجل تقليل تأثير التيار المستحث الناجم عن الإشعاع الكهرومغناطيسي البيئي ، فإن الجهاز مناسب لتغليف السيراميك. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا تكون منطقة حساسة للضوء في الكاشف كبيرة جدًا ، وإلا ستزداد المعلمات مثل التيار المظلم وسعة الوصلة ووقت الارتفاع ، مما سيؤثر على تأثير الكشف. في التصميم ، تم استخدام الثنائي الضوئي السيليكوني S2387 لشركة Hamamatsu اليابانية. يتميز الكاشف بخصائص الحساسية العالية والاستجابة السريعة للوقت والنطاق الديناميكي الكبير. يعتمد تصميم الدائرة على وضع التحيز الصفري ، ولا يوجد تيار مظلم ، وضوضاء الصمام الثنائي هي بشكل أساسي الضوضاء الحرارية الناتجة عن المقاوم التحويلة ، ولديها أفضل دقة وخطية. يعتمد مرشح التمرير المرتفع والمنخفض مرشحًا نشطًا ، والذي يتمتع بسرعة استجابة سريعة ، وتأثير جيد لترشيح التوافقيات ، ويمكنه تعويض الطاقة التفاعلية ديناميكيًا. يتكون مكبر الصوت الذي يتم التحكم فيه عن طريق البرنامج من مضخم تشغيلي متكامل ومفتاح تناظري. يتم التحكم في المفتاح التناظري بواسطة FPGA ، ويتم توصيل مقاومات مختلفة بطرف الإدخال لمكبر التشغيل لضبط الكسب.
2.2 دائرة تخزين العينات
نظرًا لأن النطاق الديناميكي لإشارة الهدف كبير جدًا (حوالي 80 ديسيبل) ، فمن الضروري تحديد ADC بنطاق ديناميكي واسع لتحقيق اكتساب الإشارة. إن اعتماد 14 ب ADC لأخذ عينات من الإشارات ذات المدى الديناميكي الذي يختلف اتساعه حتى 4 أوامر من حيث الحجم يمكن أن يفي بمتطلبات حساسية الكشف العالية التي يتطلبها النظام. ومع ذلك ، نظرًا لأن جميع أجهزة تحويل A / D بها أخطاء في الدقة ، فإن استخدام مكونات تحويل A / D عالية الدقة كمكونات تحويل A / D منخفضة الدقة يمكن أن يقلل من أخطاء الدقة. يستخدم هذا التصميم 16 bAD976A من شركة ADI. AD976A انخفاض استهلاك الطاقة 16 ب التقريب المتتالي لمحول A / D ، وسرعة التحويل 200 KSPS ، يمكن اختيار مصدر طاقة مرجعي داخلي أو خارجي 2.5 فولت. يسمح AD976 بإخراج 16 b بالتوازي في وقت واحد ، ويمكنه الإخراج على شكل 2 8 b. من أجل حفظ المسامير في التصميم ، تم اعتماد مخرجات ثنائية 8 b.
من أجل ضمان نقل دقيق للبيانات بين نطاقات الساعة المختلفة ، تستخدم ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات FIFO غير متزامن. يتميز نظام FIFO غير المتزامن بخصائص السرعة العالية والموثوقية الجيدة ، ويمكنه تجنب سوء أخذ عينات البيانات بسبب اختلافات الطور بين الساعات المختلفة. IDT7204 المعتمد في التصميم عبارة عن شريحة ذاكرة تخزين مؤقت ثنائية المنفذ للذاكرة 4 096 × 9 b CMOS في سلسلة IDT72XX. تتم قراءة مؤشرات القراءة والكتابة الداخلية وكتابتها على أساس الوارد أولاً يصرف أولاً ، ويتم توفير ساعة الكتابة W وساعة القراءة R خارجيًا ؛ العلم الكامل () والعلامة الفارغة () التحكم في تدفق البيانات والقراءة الفارغة ، والكتابة عندما تكون ذاكرة المحاكاة ممتلئة ، ويمكنها بسهولة توسيع أي عمق للكلمة وطول الكلمة.
