專利名稱：一種脈沖幅度分析電路及脈沖幅度分析器的制作方法
技術領域：
本發明屬于信號檢測領域，尤其涉及一種脈沖幅度分析電路及脈沖幅度分析器。
背景技術：
核物理信號是一系列隨機的脈沖信號，每個脈沖代表一個物理事件，如進行射線探測時，每探測到一個射線就會產生一個核脈沖，脈沖的寬度包含射線的時間信息，脈沖的幅度包含射線的能量信息。目前的脈沖幅度分析器對核脈沖信號進行甄別，通常將核脈沖信號轉變為標準數字信號的儀器，一般情況下，單道輸出信號均為標準的數字信號，其寬度相同，只能用于對核脈沖計數，無法攜帶脈沖寬度體現的物理量。

發明內容
本發明實施例的目的在于提供一種脈沖幅度分析電路，旨在解決現有脈沖幅度分析器無法攜帶脈沖寬度體現的物理量，信息提取量低的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種脈沖幅度分析電路，與閾值產生單元連接，所述閾值產生單元具有至少一個閾值輸出端，所述電路包括充電單元，所述充電單元的輸入端接收核脈沖信號，用于利用所述核脈沖信號進行充電，以記錄所述核脈沖信號的峰值信息；信號甄別單元，所述信號甄別單元具有至少一個閾值輸入端，所述信號甄別單元的參考輸入端與所述充電單元的輸出端連接，所述信號甄別單元的信號輸入端接收核脈沖信號，所述信號甄別單元的閾值輸入端與閾值產生單元的閾值輸出端對應連接，用于提取所述核脈沖信號的峰值信息，輸出幅值甄別信號和峰值甄別信號；控制單元，所述控制單元的第一輸入端與所述信號甄別單元的第一輸出端連接， 所述控制單元的第二輸入端與所述信號甄別單元的第二輸出端連接，所述控制單元具有多個輸出端，用于根據所述幅值甄別信號和所述峰值甄別信號，分別輸出第一放電控制信號和第二放電控制信號和自適應于所述核脈沖信號寬度的單道輸出信號；復位單元，所述復位單元的電壓輸入端與充電單元的輸出端連接，所述復位單元的第一控制端與所述控制單元的第一輸出端連接，所述復位單元的第二控制端與所述控制單元的第二輸出端連接，所述復位單元的輸出端與所述控制單元的復位端連接，用于根據所述第一放電控制信號和所述第二放電控制信號控制放電，輸出復位信號，使所述控制單元復位。本發明實施例的另一目的在于提供采用上述脈沖幅度分析電路的脈沖幅度分析
O在本發明實施例中，通過信號甄別單元對核脈沖信號進行計數、記錄核脈沖信號的峰值信息，并由控制單元控制放電，輸出自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號，實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，增加了脈沖幅度分析器的信息提取
6量，擴展了脈沖幅度分析器的應用。


圖1為本發明一實施例提供的脈沖幅度分析電路的結構圖；圖2為本發明一實施例提供的積分式脈沖幅度分析電路的示例電路結構圖；圖3為本發明一實施例提供的積分式脈沖幅度分析電路的時序圖；圖4為本發明一實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的示例電路圖；圖5為本發明一實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的上閾幅值、下閾幅值及噪聲閾值的關系圖；圖6為本發明一實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的時序圖；圖7為本發明實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的優選示例電路結構圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例通過調節滑動變阻器的阻值改變放電時間，延遲對雙穩態電路的復位，使輸出信號保持與輸入核脈沖信號的寬度自適應變化，實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，增加了脈沖幅度分析器的信息提取量。圖1示出本發明實施例提供的脈沖幅度分析電路的結構，為了便于說明，僅示出了與本發明相關的部分。該脈沖幅度分析電路1與閾值產生單元2連接，可以用于各種脈沖幅度分析器中， 該閾值產生單元2具有至少一個閾值輸出端。作為本發明一實施例提供的脈沖幅度分析電路1包括充電單元11，該充電單元11的輸入端接收核脈沖信號，用于利用核脈沖信號進行充電，輸出充電電壓；信號甄別單元12，該信號甄別單元12具有至少一個閾值輸入端hthre，信號甄別單元12的參考輸入端Inref與充電單元11的輸出端連接，信號甄別單元12的信號輸入端 Insig接收核脈沖信號，信號甄別單元12的閾值輸入端hthre與閾值產生單元2的至少一個閾值輸出端對應連接，用于對核脈沖信號進行計數，并記錄核脈沖信號的峰值信息，輸出幅值甄別信號和峰值甄別信號；控制單元13，該控制單元13的第一輸入端Inl與信號甄別單元12的第一輸出端連接，控制單元13的第二輸入端In2與信號甄別單元12的第二輸出端連接，控制單元13 具有多個輸出端，用于根據幅值甄別信號和峰值甄別信號，分別輸出第一放電控制信號和第二放電控制信號和自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號；復位單元14，該復位單元14的電壓輸入端h與充電單元11的輸出端連接，復位單元14的第一控制端Ctrl與控制單元13的第一輸出端Outl連接，復位單元14的第二控制端Ctr2與控制單元13的第二輸出端0ut2連接，復位單元14的輸出端Out與控制單元 13的復位端Ret連接，用于根據第一放電控制信號和第二放電控制信號控制放電，輸出復位信號，使控制單元復位。在本發明實施例中，通過信號甄別單元對核脈沖信號進行計數、記錄核脈沖信號的峰值信息，并由控制單元控制放電，輸出自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號，實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，增加了脈沖幅度分析器的信息提取量，擴展了脈沖幅度分析器的應用。以下結合具體實施例對本發明的實現進行詳細說明。圖2示出本發明實施例提供的積分式脈沖幅度分析電路的示例電路結構，為了便于說明，僅示出了與本發明相關的部分。作為本發明一實施例，該積分式脈沖幅度分析電路1中，充電單元11包括二極管Dl和電容Cl;二極管Dl的陽極為充電單元11的輸入端，二極管Dl的陰極與電容Cl的一端連接，電容Cl的另一端接地，二極管Dl與電容Cl的連接端為充電單元11的輸出端。信號甄別單元12包括第一甄別器121，該第一甄別器121的正向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，第一甄別器121的反向輸入端為信號甄別單元12的第一閾值輸入端Inthrel與閾值產生單元2的幅度閾值輸出端連接，用于當核脈沖信號的幅值大于閾值信號時計數，輸出幅值甄別信號；第二甄別器122，該第二甄別器122的反向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，第二甄別器13的正向輸入端為信號甄別單元12的參考輸入端，用于當充電電壓大于核脈沖信號的幅值時，輸出峰值甄別信號。控制單元13包括第一雙穩態電路131，該第一雙穩態電路131的輸入端為控制單元13的第一輸入端，第一雙穩態電路131的復位端為控制單元13的復位端，用于當接收到幅值甄別信號時， 輸出第一狀態信號以及反向第一狀態信號；第二雙穩態電路132，該第二雙穩態電路132的輸入端為控制單元13的第二輸入端，第二雙穩態電路132的復位端為控制單元13的復位端，用于當接收到峰值甄別信號時， 輸出第二狀態信號以及反向第二狀態信號；第一與門AND1，該第一與門ANDl的第一輸入端與第一雙穩態電路131的反向輸出端連接，第一與門ANDl的第二輸入端與第二雙穩態電路132的正向輸出端連接，第一與門ANDl的輸出端為控制單元13的第一輸出端，用于對反向第一狀態信號和第二狀態信號進行邏輯判斷，輸出第一放電控制信號；第二與門AND2，該第二與門AND2的第一輸入端與第一雙穩態電路131的正向輸出端連接，第二與門AND2的第二輸入端與第一與門ANDl的第二輸入端連接，第二與門AND2 的輸出端為控制單元13的第二輸出端，用于對第一狀態信號和第二狀態信號進行邏輯判斷，輸出第二放電控制信號和自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號。復位單元14包括復位控制電路141，該復位控制電路141的輸入端為復位單元14的電壓輸入端，復位控制電路141的第一控制端為復位單元14的第一控制端，復位控制電路141的第二控制端為復位單元14的第二控制端，用于根據第一放電控制信號和第二放電控制信號的控制，對充電電路11進行放電，輸出復位控制信號；第三甄別器142，該第三甄別器142的正向輸入端與復位控制電路141的輸入端連接，第三甄別器142的反向輸入端與閾值產生單元2的放電閾值輸出端連接，第三甄別器 142的輸出端為復位單元14的輸出端，用于當復位控制信號低于放電閾值時，輸出復位信號。作為本發明一實施例，復位控制電路141包括第一模擬開關Si、第二模擬開關S2以及滑動變阻器Rl ；第一模擬開關Sl的一端為復位控制電路141的輸入端，第一模擬開關Sl的另一端接地，第一模擬開關Sl的控制端為復位控制電路141的第一控制端，第二模擬開關S2的一端與第一模擬開關Sl的一端連接，第二模擬開關S2的另一端通過滑動變阻器Rl接地， 第二模擬開關S2的控制端為復位控制電路141的第二控制端，滑動變阻器Rl的滑動端接地。作為本發明一優選實施例，第一模擬開關Si、第二模擬開關S2均可以采用功率場
效應管、三極管等開關管實現。在本發明實施例中，在一個核脈沖信號周期內，核脈沖信號通過第一甄別器121 進行幅度甄別，當該核脈沖信號的幅值大于第一甄別器121的甄別閾值時，第一甄別器121 輸出幅值甄別信號，當該核脈沖信號的幅值小于第一甄別器121的甄別閾值時，第一甄別器121不輸出幅值甄別信號，該核脈沖信號被忽略。核脈沖信號同時在脈沖上升期間通過充電單元11進行充電，由于二極管Dl正向導通，反向截止，使充電單元11的輸出端在核脈沖信號的脈沖下降期間仍能保持該核脈沖信號峰值的電壓，第二甄別器122將該峰值電壓與核脈沖信號的電壓比較，當峰值電壓大于核脈沖信號的電壓時，即在核脈沖信號的脈沖下降期間輸出峰值甄別信號。當第一雙穩態電路131接收到幅值甄別信號時，輸出第一狀態信號以及反向第一狀態信號；當第二雙穩態電路132接收到峰值甄別信號時，輸出第二狀態信號。第一與門 ANDl和第二與門AND2對第一狀態信號、反向第一狀態信號以及第二狀態信號進行邏輯判斷，并通過第二與門AND2輸出具有自適應于輸入核脈沖信號寬度的標準單道輸出信號。當核脈沖信號變化至脈沖峰值時，且該脈沖峰值大于第一甄別器121的甄別閾值，即第一狀態信號和第二狀態信號均為高電平時，輸出的第二放電控制信號控制復位控制電路141中的第二模擬開關導通，并通過滑動變阻器Rl對充電單元11進行放電，使充電單元11的輸出端電壓緩慢降低，該放電速度取決于對滑動變阻器Rl阻值的設定；當該脈沖信號從峰值下降至第一甄別器121的甄別閾值以下時，即反向第一狀態信號和第二狀態信號均為高電平時，輸出第一放電控制信號控制復位控制電路141中的第一模擬開關導通，瞬間對充電單元11進行放電，當充電單元11輸出端的電壓降低至第三甄別器142的放電閾值電壓以下時，第三甄別器142向第一雙穩態電路131和第二雙穩態電路132輸出低電平的復位控制信號，使第一雙穩態電路131和第二雙穩態電路132進行復位以開始進入下一核脈沖信號周期。作為本發明一實施例，該第三甄別器142的放電閾值電壓可以設置為略高于0伏的電壓值。在本發明實施例中，通過調節滑動變阻器Rl的阻值，使在核脈沖信號幅值下降期與放電時間相近，從而實現單道輸出信號的寬度自適應于核脈沖信號的寬度。圖3示出本發明實施例提供的積分式脈沖幅度分析電路的時序，為了便于說明， 僅示出了與本發明相關的部分。在本發明實施例中，在t0至tl時段，未接收到核脈沖信號，充電單元11無法充電，其輸出端電壓為0伏，由于第三甄別器142的放電閾值電壓略高于0伏，第三甄別器142 的輸出端為低電平，第一雙穩態電路131、第二雙穩態電路132復位，均輸出低電平；在tl至t2時段，核脈沖信號對充電單元11充電，第三甄別器142的正向輸入端電壓高于反向輸入端電壓，第三甄別器142輸出翻轉，停止對第一雙穩態電路131、第二雙穩態電路132復位，由于該核脈沖信號的最高幅值未達到第一甄別器121的甄別閾值，第二甄別器122的正向輸入端為核脈沖信號對充電單元11充電后的電壓也不大于第二甄別器 122反向輸入端的電壓，因此其他信號不發生改變，單道輸出信號為低電平；在t2至t3時段，核脈沖信號的最高幅值仍未達到第一甄別器121的甄別閾值，第一甄別器121的輸出信號不變，第二甄別器122的反向輸入端電壓隨核脈沖信號幅度下降， 而第二甄別器122的正向輸入端電壓由于二極管Dl反向截止保持不變，因此第二甄別器 122的輸出變為高電平，第二雙穩態電路132的正向輸出端輸出高電平，第一與門ANDl輸出高電平，第一模擬開關Sl瞬間對充電單元11放電，第三甄別器18輸出變為低電平對第一雙穩態電路14、第二雙穩態電路15再次復位，單道輸出信號為低電平；在t3至t4時段，第三甄別器13對第一雙穩態電路14、第二雙穩態電路15進行復位，單道輸出信號為低電平；在t4至t5時段，核脈沖信號的最高幅值未達到第一甄別器121的甄別閾值，單道輸出信號為低電平；在t5至t6時段，核脈沖信號的最高幅值達到第一甄別器121的甄別閾值，第一甄別器121輸出高電平，但第二甄別器122的正向輸入端電壓不大于反向輸入端電壓，因此第二甄別器122輸出低電平，單道輸出信號仍保持為低電平；在t6至t7時段，核脈沖信號的最高幅值達到第一甄別器121的甄別閾值，第一甄別器121輸出高電平，第二甄別器122達到核脈沖信號峰值后輸出高電平，第一雙穩態電路 131、第二雙穩態電路132的正向輸出端也輸出高電平，第二與門AND2輸出高電平，第一與門ANDl輸出低電平，第二模擬開關S2導通控制放電，但由于第二模擬開關S2通過滑動變阻器Rl放電，其放電速度可通過調節滑動變阻器Rl的阻值改變，該滑動變阻器Rl的阻值越大，放電速度越慢，此時，單道輸出信號跳變至高電平；在t7至偽時段，核脈沖信號的最高幅值低于第一甄別器121的甄別閾值，第一甄別器121輸出低電平，但此時由于放電速度導致第三甄別器142不能立即對第一雙穩態電路131進行復位，因此第一雙穩態電路131依然保持輸出高電平，第二甄別器122的正向輸入端電壓依然大于反向輸入端電壓輸出高電平，單道輸出信號為高電平，當充電單元11的輸出端電壓降至低于此時核脈沖信號的幅值，但高于第三甄別器142的放電閾值電壓時， 第二甄別器122變為低電平，但由于沒有復位信號，第二雙穩態電路15依然輸出高電平信號，直到充電單元11的輸出端電壓降至低于放電閾值電壓時，第三甄別器142輸出低電平的復位信號，使第一雙穩態電路131和第二雙穩態電路132復位，輸出低電平，單道輸出信號變為低電平。
作為本發明一實施例，可將滑動變阻器Rl調至適當阻值，使在核脈沖信號幅值下降期與放電時間相近，從而實現單道輸出信號的寬度自適應于核脈沖信號的寬度。在本發明實施例中，通過調節滑動變阻器的阻值改變放電時間，進而延遲對雙穩態電路的復位，使輸出信號保持與輸入核脈沖信號的寬度自適應變化，從而實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，使脈沖幅度分析在計數的功能上還可以提取核脈沖信號寬度的物理量，增加了信息提取量，提高了甄別效率，擴展了脈沖幅度分析器的應用，并且該電路結構簡單、成本低。圖4示出本發明實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的示例電路結構，為了便于說明，僅示出了與本發明相關的部分。作為本發明一實施例，充電單元11包括二極管D3和電容C4;二極管D3的陽極為充電單元11的輸入端，二極管D3的陰極與電容C4的一端連接，電容C4的另一端接地，二極管D3與電容C4的連接端為充電單元11的輸出端。信號甄別單元12包括上閾甄別器123，該上閾甄別器123的正向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，上閾甄別器123的反向輸入端為信號甄別單元12的第一閾值輸入端Inthrel與閾值產生單元2的上閾輸出端連接，用于將核脈沖信號的幅值與上閾幅值進行比較；下閾甄別器124，該下閾甄別器124的正向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，下閾甄別器124的反向輸入端為信號甄別單元12的第二閾值輸入端Inthre2與閾值產生單元2的下閾輸出端連接，用于將核脈沖信號的幅值與下閾幅值進行比較，當核脈沖信號的幅值小于上閾甄別器122的上閾幅值，且大于下閾甄別器132的下閾幅值時計數，輸出幅值甄別信號；過頂甄別器125，該過頂甄別器125的反向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，過頂甄別器125的正向輸入端為信號甄別單元12的參考輸入端，用于當充電電壓大于核脈沖信號的幅值時，輸出峰值甄別信號；異或門M)R，該異或門XOR的第一輸入端與上閾甄別器123的輸出端連接，異或門 XOR的第二輸入端與下閾甄別器124的輸出端連接；非門NOT，該非門NOT的輸入端與異或門XOR的輸出端連接；第三與門AND3，該第三與門AND3的第一輸入端與非門NOT的輸出端連接，第三與門AND3的第二輸入端與過頂甄別器125得輸出端連接，第三與門AND3的輸出端為信號甄別單元12的第一輸出端；第四與門AND4，該第四與門AND4的第一輸入端與非門NOT的輸入端連接，第四與門AND4的第二輸入端與第三與門AND3的第二輸入端連接，第四與門AND4的輸出端為信號甄別單元12的第二輸出端。作為本發明一優選實施例，信號甄別單元12還可以包括噪聲甄別器126，該噪聲甄別器1 的正向輸入端為信號甄別單元12的信號輸入端，噪聲甄別器126的反向輸入端為信號甄別單元12的第三閾值輸入端Inthre3與閾值產生單元2的噪聲閾值輸出端連接，噪聲甄別器126的輸出端與控制單元13的復位端連接， 用于當核脈沖信號的幅值大于噪聲閾值幅值后，輸出復位信號，使控制單元13復位。
在本發明實施例中，信號甄別單元12還可以包括電容C2、電容C3、電阻R2、電阻 R3以及二極管D2，電容C2的一端與噪聲甄別器1 的輸出端連接，電容C2的另一端通過電阻R2接地，電容C2的另一端同時與二極管D2的陽極連接，二極管的陰極與控制單元13的復位端連接，用于隔離噪聲甄別器126的輸出，防止干擾；電容C3的一端與過頂甄別器125 的輸出端連接，電容C3的另一端通過電阻R3接地，電容C3的另一端同時與第四與門AND4 的第二輸入端連接，用于控制上閾甄別器123輸出信號的傳輸。控制單元13包括第三雙穩態電路133，該第三雙穩態電路133的輸入端為控制單元13的第一輸入端，第三雙穩態電路133的復位端為控制單元13的復位端，第三雙穩態電路133的正向輸出端為控制單元13的第一輸出端，用于輸出第一放電控制信號；第四雙穩態電路134，該第四雙穩態電路134的輸入端為控制單元13的第二輸入端，第四雙穩態電路134的復位端為控制單元13的復位端，第四雙穩態電路134的正向輸出端為控制單元13的第二輸出端，用于輸出第一放電控制信號；第五雙穩態電路135，該第五雙穩態電路135的輸入端為控制單元13的第二輸入端，第五雙穩態電路135的復位端為控制單元13的復位端，第五雙穩態電路135的正向輸出端為控制單元13的第三輸出端，用于輸出自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號。復位單元14包括復位控制電路141和第三甄別器142 ；復位控制電路141的輸入端為復位單元14的電壓輸入端，復位控制電路141的第一控制端為復位單元14的第一控制端，復位控制電路141的第二控制端為復位單元14的第二控制端，復位控制電路141的復位電平檢測端與第三甄別器142的反向輸入端連接，第三甄別器142的正向輸入端同時為復位單元14的電壓輸入端，第三甄別器142的輸出端為復位單元14的輸出端。作為本發明一實施例，復位控制電路141包括第三模擬開關S3、第四模擬開關S4、電阻R4、滑動變阻器R5、滑動變阻器R6 ；第三模擬開關S3的一端為復位控制電路141的輸入端與滑動變阻器R5的一端連接，第三模擬開關S3的另一端接地，第三模擬開關S3的控制端為復位控制電路141的第一控制端，滑動變阻器R5的另一端與滑動端連接，第四模擬開關S4的一端與滑動變阻器R5 的另一端連接，第四模擬開關S4的另一端接地，第四模擬開關S4的控制端為復位控制電路 141的第二控制端，電阻R4的一端同時為復位控制電路141的輸入端，電阻R4的另一端與滑動變阻器R6的一端連接，滑動變阻器R6的另一端接地，滑動變阻器R6的滑動端為復位控制電路141的復位電平檢測端。作為本發明一優選實施例，復位單元14還可以包括電容C5、電阻R7和二極管 D4 ；電容C5的一端與第三甄別器142的輸出端連接，電容C5的另一端通過電阻R7接地，電容C5的另一端同時與二極管D4的陽極連接，二極管D4的陰極為復位單元14的輸出端，用于隔離第三甄別器142的輸出，防止隔離噪聲甄別器1 與第三甄別器142兩路輸出相互干擾。作為本發明一實施例，該脈沖幅度分析電路1還可以包括緩沖器20，該緩沖器20的輸入端接收核脈沖信號，緩沖器20的輸出端與信號甄別單元12的信號輸入端連接，用于隔離該脈沖幅度分析電路1與信號源，減輕對信號源的負載。在本發明實施例中，通過上閾甄別器123和下閾甄別器IM對核脈沖信號的幅值進行比較，通過異或門XOR判斷幅值，使在上閾幅值與下閾幅值之間的核脈沖信號進行計數，對幅值不在此范圍的核脈沖信號忽略，圖5示出了上閾幅值、下閾幅值及噪聲閾值的關系上閾幅值>下閾幅值>噪聲閾值，當核脈沖信號的幅值處于陰影部分時被計數，并將幅值甄別信號及其反信號與過頂甄別器125輸出的峰值甄別信號進行邏輯運算后輸出給控制單元13，該核脈沖信號超過噪聲閾值后，噪聲甄別器1 輸出復位信號，對控制單元13進行復位，使控制單元13開始工作，噪聲甄別器126的噪聲閾值可以設為10mv，控制單元13 根據邏輯運算后的數字信號判斷直接對電容C4放電還是通過電阻對電容C4放電。當輸入核脈沖信號的幅度不是處于上、下甄別閾值之間，則AND3輸入“1”，第三雙穩態電路133輸出第一放電控制信號控制第三模擬開關S3導通直接對電容C4放電，此時第五雙穩態電路 135不輸出單道輸出信號，當核脈沖信號過頂后，過頂甄別器125輸出為“ 1”，并當輸入核脈沖信號的幅度處于上、下甄別閾值之間，則AND4輸入“1”，第四雙穩態電路134輸出第二放電控制信號控制第四模擬開關S4導通，通過電阻R4、滑動變阻器R5和滑動變阻器R6對電容C4放電，調節滑動變阻器的阻值可以改變放電時間，進而延遲對雙穩態電路的復位，使輸出信號保持與輸入核脈沖信號的寬度自適應變化，此時第五雙穩態電路135輸出寬度與核脈沖信號寬度成比例的單道輸出信號，當充電單元11輸出端的電壓降低至第三甄別器 142的放電閾值電壓以下時(第三甄別器142的放電閾值可以設為IOmv)，第三甄別器142 向第三雙穩態電路133、第四雙穩態電路134和第五雙穩態電路135輸出低電平的復位控制信號，控制復位以開始進入下一核脈沖信號周期。在本發明實施例中，過頂甄別器125通過信號前沿對控制單元13的初始狀態復位，第三甄別器142通過信號后沿對控制單元13復位清除數據以便進行下一個核脈沖信號的判斷，其中二極管D2和二極管D4是為了避免過頂甄別器125和第三甄別器142輸出對接，避免產生復位信號沖突。該微分式脈沖幅度分析電路1的時序參考圖6，其中Sa、Sb、S。、Sd為節點a、b、c、 d處的信號，Uc為充電單元11輸出端的電位，顯示了電容C4的充放電情況，Sreset為復位信號，Sout為自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號，Sconl為第一控制信號，Scon2為第二控制信號，從圖6中可以看出，當核脈沖信號的幅值位于上、下閾值之間時，輸出與核脈沖信號寬度相適應的單道輸出信號S。ut，當核脈沖信號的幅值大于上閾值或小于下閾值時，控制單元13不輸出單道輸出信號。作為本發明一優選實施例，該脈沖幅度分析電路1還可以包括一單道雙擲開關K， 該單道雙擲開關K的一端與第四與門AND4的第一輸入端連接，單道雙擲開關K的第一閉合端與異或門XOR的輸出端連接，單道雙擲開關K的第二閉合端與下閾甄別器124的輸出端連接，當單道雙擲開關K于第一閉合端閉合時，該脈沖幅度分析電路1為微分式結構，當單道雙擲開關K于第二閉合端閉合時，該脈沖幅度分析電路1為積分式結構。圖7示出本發明實施例提供的微分式脈沖幅度分析電路的優選示例電路結構，為了便于說明，僅示出了與本發明相關的部分。作為本發明一實施例，控制單元13還可以包括
第六雙穩態電路136，該第六雙穩態電路136的輸入端為控制單元13的第一輸入端，第六雙穩態電路136的復位端為控制單元13的復位端，第六雙穩態電路136的正向輸出端為控制單元13的第一輸出端，用于輸出第一放電控制信號；第七雙穩態電路137，該第七雙穩態電路137的輸入端為控制單元13的第二輸入端，第七雙穩態電路137的復位端為控制單元13的復位端，第七雙穩態電路137的正向輸出端為控制單元13的第二輸出端，用于輸出第一放電控制信號和自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號。作為本發明一實施例，復位控制電路141還可以包括第一開關K1、第二開關K2、滑動變阻器R8、電阻R9、恒流源1411以及恒壓源1412 ；第一開關Kl的一端為復位單元14的輸入端與第二開關K2的一端連接，第一開關 Kl的另一端接地，第一開關Kl的控制端為復位控制電路141的第一控制端，第二開關K2的另一端通過恒流源1411接地，第二開關K2的控制端為復位控制電路141的第二控制端，滑動變阻器R8的一端接地，滑動變阻器R8的另一端通過電阻R9與恒壓源1412連接，滑動變阻器R8的滑動端為復位控制電路141的復位電平檢測端。在本發明實施例中，脈沖的寬度是指脈沖幅度大于噪聲閾值那部分的寬度，從脈沖幅度超過噪聲閾值處開始計算。作為本發明一實施例，首先將脈沖的幅度用電容C4進行采樣保存(即精密整流器和儲能的作用)，然后在脈沖到達峰值后再通過判斷“脈沖幅度是否處于上、下甄別閾值之間”來決定保存下來的脈沖幅度值是否有用。如果判斷出“脈沖幅度是處于上、下甄別閾值之間”，則讓電容C4通過第二開關K2進行放電，其放電時間由恒流源1411控制；如果判斷 “脈沖幅度不是處于上、下甄別閾值之間”，則讓電容C4直接通過第一開關Kl快速放電，放棄保存的脈沖幅度信息。由于信號的幅度雖然大小不一，但它們的形狀一致，即幅度的大小與寬度有相當好的相關性，所以可以通過幅度來計算信號的寬度。在本發明實施例中，該脈沖幅度分析電路1通過電容C4來保存幅度大小，再讓電容C4通過線性放電將幅度信息轉換為寬度信息(轉換的比例由恒流源決定)，從而得到脈沖寬度可變的輸出信號。電阻R9和滑動變阻器R8的滑動端為第三甄別器142提供了一個電容放電的可以調節的終止甄別電壓。當電容C4通過恒流源1411放電到電容C4上的電壓小于噪聲閾值時，可通過第三甄別器142的輸出將第一開關Kl或第二開關K2打開，停止放電，并使輸出第六雙穩態電路136、第七雙穩態電路137復位，準備下一次的工作。作為本發明一實施例，噪聲甄別器126的作用是當信號幅度大于噪聲閾值時，輸出一個“0”一 >“1”的信號，表示“有信號了”。這個輸出經過電容C2和電阻R2的微分后形成一個很短的尖脈沖，使第六雙穩態電路136、第七雙穩態電路137復位，準備開始工作。 電容C5和電阻R7也是形成復位短脈沖的作用。由于有二個復位信號接在一起，可能會相互干擾(如一個輸出高電平，一個輸出低電平的情況)，所以使用二極管D2和二極管D4分別進行了隔離。由于通過精密整流器C4的存在，信號過頂前，過頂甄別器125的正向輸入端電壓小于反向輸入端，過頂甄別器125輸出為“0” ；信號過頂后，電容C4上為信號的峰值電壓， 過頂甄別器125的正向輸入端電壓大于反向輸入端，過頂甄別器125輸出為“1”。其輸出經
14過電容C3和電阻R3的微分后將與門AND3和與門AND4打開，讓“異或”信號通過。如果輸入核脈沖信號的幅度處于上、下甄別閾值之間，則AND4輸入“1”，第七雙穩態電路137輸出 “1”，使第二開關K2閉合，電容C4線性放電，同時AND3輸入“0”，第六雙穩態電路136輸出 “0”，使第一開關Kl打開，使電容C4不會通過第一開關Kl放電。如果輸入核脈沖信號的幅度不是處于上、下甄別閾值之間，則AND3輸入“1”，第六雙穩態電路136輸出“1”，使第一開關Kl閉合，電容C4通過第一開關Kl快速放電。第七雙穩態電路137輸出“1”的同時，即輸出信號。等到電容C4通過放電到達噪聲電壓閾值(由電阻R9和滑動變阻器R8決定) 以下時，第三甄別器142輸出反轉(“0”一>“1”)，其輸出經過電容C5和二極管D4將第六雙穩態電路136、第七雙穩態電路137復位，第一開關Kl和第二開關K2均打開，第七雙穩態電路137的輸出也返回至“0”，輸出脈沖的寬度對應輸入脈沖的寬度。在本發明實施例中，通過調節滑動變阻器的阻值改變放電時間，進而延遲對雙穩態電路的復位，使輸出信號保持與輸入核脈沖信號的寬度自適應變化，從而實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，使脈沖幅度分析在計數的功能上還可以提取核脈沖信號寬度的物理量，增加了信息提取量，提高了甄別效率，擴展了脈沖幅度分析器的應用，并且該電路結構簡單、成本低。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種脈沖幅度分析電路，與閾值產生單元連接，所述閾值產生單元具有至少一個閾值輸出端，其特征在于，所述電路包括充電單元，所述充電單元的輸入端接收核脈沖信號，用于利用所述核脈沖信號進行充電，以記錄所述核脈沖信號的峰值信息；信號甄別單元，所述信號甄別單元具有至少一個閾值輸入端，所述信號甄別單元的參考輸入端與所述充電單元的輸出端連接，所述信號甄別單元的信號輸入端接收核脈沖信號，所述信號甄別單元的閾值輸入端與閾值產生單元的閾值輸出端對應連接，用于提取所述核脈沖信號的峰值信息，輸出幅值甄別信號和峰值甄別信號；控制單元，所述控制單元的第一輸入端與所述信號甄別單元的第一輸出端連接，所述控制單元的第二輸入端與所述信號甄別單元的第二輸出端連接，所述控制單元具有多個輸出端，用于根據所述幅值甄別信號和所述峰值甄別信號，分別輸出第一放電控制信號和第二放電控制信號和自適應于所述核脈沖信號寬度的單道輸出信號；復位單元，所述復位單元的電壓輸入端與充電單元的輸出端連接，所述復位單元的第一控制端與所述控制單元的第一輸出端連接，所述復位單元的第二控制端與所述控制單元的第二輸出端連接，所述復位單元的輸出端與所述控制單元的復位端連接，用于根據所述第一放電控制信號和所述第二放電控制信號控制放電，輸出復位信號，使所述控制單元復位。
2.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述信號甄別單元包括第一甄別器，所述第一甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述第一甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的第一閾值輸入端與所述閾值產生單元的幅度閾值輸出端連接，用于當所述核脈沖信號的幅值大于閾值信號時計數，輸出幅值甄別信號；第二甄別器，所述第二甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述第二甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的參考輸入端，用于當充電電壓大于核脈沖信號的幅值時，輸出峰值甄別信號。
3.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述信號甄別單元包括上閾甄別器，所述上閾甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述上閾甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的第一閾值輸入端與所述閾值產生單元的上閾輸出端連接，用于將所述核脈沖信號的幅值與上閾幅值進行比較；下閾甄別器，所述下閾甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述下閾甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的第二閾值輸入端與所述閾值產生單元的下閾輸出端連接，用于將所述核脈沖信號的幅值與下閾幅值進行比較，當所述核脈沖信號的幅值小于所述上閾甄別器的上閾幅值，且大于所述下閾甄別器的下閾幅值時計數，輸出幅值甄別信號；過頂甄別器，所述過頂甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述過頂甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的參考輸入端，用于當充電電壓大于所述核脈沖信號的幅值時，輸出峰值甄別信號；異或門，所述異或門的第一輸入端與所述上閾甄別器的輸出端連接，所述異或門的第二輸入端與所述下閾甄別器的輸出端連接；非門，所述非門的輸入端與所述異或門的輸出端連接；第三與門，所述第三與門的第一輸入端與所述非門的輸出端連接，所述第三與門的第二輸入端與所述過頂甄別器得輸出端連接，所述第三與門的輸出端為所述信號甄別單元的第一輸出端；第四與門，所述第四與門的第一輸入端與所述非門的輸入端連接，所述第四與門的第二輸入端與所述第三與門的第二輸入端連接，所述第四與門的輸出端為所述信號甄別單元的第二輸出端。
4.如權利要求3所述的電路，其特征在于，所述信號甄別單元還包括噪聲甄別器，所述噪聲甄別器的正向輸入端為所述信號甄別單元的信號輸入端，所述噪聲甄別器的反向輸入端為所述信號甄別單元的第三閾值輸入端與所述閾值產生單元的噪聲閾值輸出端連接，所述噪聲甄別器的輸出端與所述控制單元的復位端連接，用于當所述核脈沖信號中的噪聲信號幅值大于噪聲閾值幅值后，輸出復位信號，使控制單元復位。
5.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制單元包括第一雙穩態電路，所述第一雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第一輸入端，所述第一雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，用于當接收到所述幅值甄別信號時， 輸出第一狀態信號以及反向第一狀態信號；第二雙穩態電路，所述第二雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第二輸入端，所述第二雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，用于當接收到所述峰值甄別信號時， 輸出第二狀態信號以及反向第二狀態信號；第一與門，所述第一與門的第一輸入端與所述第一雙穩態電路的反向輸出端連接，所述第一與門的第二輸入端與所述第二雙穩態電路的正向輸出端連接，所述第一與門的輸出端為所述控制單元的第一輸出端，用于對所述反向第一狀態信號和所述第二狀態信號進行邏輯判斷，輸出第一放電控制信號；第二與門，所述第二與門的第一輸入端與所述第一雙穩態電路的正向輸出端連接，所述第二與門的第二輸入端與所述第一與門的第二輸入端連接，所述第二與門的輸出端為所述控制單元的第二輸出端，用于對所述第一狀態信號和所述第二狀態信號進行邏輯判斷， 輸出第二放電控制信號和自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號。
6.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制單元包括第三雙穩態電路，所述第三雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第一輸入端，所述第三雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，所述第三雙穩態電路的正向輸出端為所述控制單元的第一輸出端；第四雙穩態電路，所述第四雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第二輸入端，所述第四雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，所述第四雙穩態電路的正向輸出端為所述控制單元的第二輸出端；第五雙穩態電路，所述第五雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第二輸入端，所述第五雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，所述第五雙穩態電路的正向輸出端為所述控制單元的第三輸出端。
7.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制單元包括第六雙穩態電路，所述第六雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第一輸入端，所述第六雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，所述第六雙穩態電路的正向輸出端為所述控制單元的第一輸出端；第七雙穩態電路，所述第七雙穩態電路的輸入端為所述控制單元的第二輸入端，所述第七雙穩態電路的復位端為所述控制單元的復位端，所述第七雙穩態電路的正向輸出端為所述控制單元的第二輸出端。
8.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述復位單元包括復位控制電路，所述復位控制電路的輸入端為所述復位單元的電壓輸入端，所述復位控制電路的第一控制端為所述復位單元的第一控制端，所述復位控制電路的第二控制端為所述復位單元的第二控制端，用于根據所述第一放電控制信號和所述第二放電控制信號的控制，對充電電路進行放電，輸出復位控制信號；第三甄別器，所述第三甄別器的正向輸入端與所述復位控制電路的輸入端連接，所述第三甄別器的反向輸入端與所述閾值產生單元的放電閾值輸出端連接，所述第三甄別器的輸出端為所述復位單元的輸出端，用于當所述復位控制信號低于放電閾值時，輸出復位信號。
9.如權利要求8所述的電路，其特征在于，所述復位控制電路包括第一模擬開關、第二模擬開關以及滑動變阻器Rl ；所述第一模擬開關的一端為所述復位控制電路的輸入端，所述第一模擬開關的另一端接地，所述第一模擬開關的控制端為所述復位控制電路的第一控制端，所述第二模擬開關的一端與所述第一模擬開關的一端連接，所述第二模擬開關的另一端通過所述滑動變阻器 Rl接地，所述第二模擬開關的控制端為所述復位控制電路的第二控制端，所述滑動變阻器 Rl的滑動端接地。
10.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述復位單元包括復位控制電路和第三甄別器；所述復位控制電路的輸入端為所述復位單元的電壓輸入端，所述復位控制電路的第一控制端為所述復位單元的第一控制端，所述復位控制電路的第二控制端為所述復位單元的第二控制端，所述復位控制電路的復位電平檢測端與所述第三甄別器的反向輸入端連接， 所述第三甄別器的正向輸入端同時為所述復位單元的電壓輸入端，所述第三甄別器的輸出端為所述復位單元的輸出端。
11.如權利要求10所述的電路，其特征在于，所述復位控制電路包括第三模擬開關、第四模擬開關、電阻R4、滑動變阻器R5、滑動變阻器R6 ；所述第三模擬開關的一端為所述復位控制電路的輸入端與所述滑動變阻器R5的一端連接，所述第三模擬開關的另一端接地，所述第三模擬開關的控制端為所述復位控制電路的第一控制端，所述滑動變阻器R5的另一端與所述滑動變阻器R5的滑動端連接，所述第四模擬開關的一端與所述滑動變阻器R5的另一端連接，所述第四模擬開關的另一端接地，所述第四模擬開關的控制端為所述復位控制電路的第二控制端，所述電阻R4的一端同時為所述復位控制電路的輸入端，所述電阻R4的另一端與所述滑動變阻器R6的一端連接，所述滑動變阻器R6的另一端接地，所述滑動變阻器R6的滑動端為所述復位控制電路的復位電平檢測端。
12.如權利要求10所述的電路，其特征在于，所述復位控制電路包括第一開關、第二開關、滑動變阻器R8、電阻R9、恒流源以及恒壓源； 所述第一開關的一端為所述復位單元的輸入端與所述第二開關的一端連接，所述第一開關的另一端接地，所述第一開關的控制端為所述復位控制電路的第一控制端，所述第二開關的另一端通過所述恒流源接地，所述第二開關的控制端為所述復位控制電路的第二控制端，所述滑動變阻器R8的一端接地，所述滑動變阻器R8的另一端通過所述電阻R9與所述恒壓源連接，所述滑動變阻器R8的滑動端為所述復位控制電路的復位電平檢測端。
13. —種脈沖幅度分析器，其特征在于，所述分析器的脈沖幅度分析電路為權利要求1 至12任一項所述的電路。
全文摘要
本發明適用于信號檢測領域，提供了一種脈沖幅度分析電路及脈沖幅度分析器，所述脈沖幅度分析電路包括充電單元、信號甄別單元、控制單元、復位單元。本發明通過通過信號甄別單元對核脈沖信號進行計數、記錄核脈沖信號的峰值信息，并由控制單元控制放電，輸出自適應于核脈沖信號寬度的單道輸出信號，實現了在單道輸出信號中攜帶核脈沖信號寬度的物理量，增加了脈沖幅度分析器的信息提取量，擴展了脈沖幅度分析器的應用。
文檔編號G01T1/36GK102540240SQ20121000870
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者馮江平, 王瑞庭, 陳羽 申請人:深圳大學