L ời nĩi đầu
2. Phương pháp thiết kế bộ ghi-đo và xử lí tín hiệu
2.9. Quá trình xố và phân biệt thời gian tăng
Như đã trên P.Amp nhạy điện tích sử dụng việc xố điện tích tích luỹ trên tụ phản hồi bằng xung để ngăn chặn sự bão hịa ngõ ra cho P.Amp, quá trình xố phát ra tín hiệu rất lớn trong DPP làm cho các bộ khuếch đại (của DPP) bị bão hịa, làm tràn các thanh ghi,... Vì vậy, DPP bao gồm mạch phát hiện việc xố (phát hiện xung rất lớn, hướng âm) và chức năng logic để khố ngõ ra tín hiệu đang xử lí đối với tác vụ xố tiếp theo, chức năng logic để đặt thời gian cho tín hiệu hữu ích, các bộ xử lí, cửa sổ, lưu phổ, đọc/viết dữ liệu,… luơn cĩ các giá trị ổn định. DPP cho phép người sử dụng mở hay cấm quá trình xố (cấm đối với P.Amp phản hồi liên tục). Nếu khoảng thời giữa hai sự kiện được chọn quá ngắn sẽ làm méo dạng xung và kết quả phổ sẽ trở nên tồi hơn, ngược lại, ở các tốc độ đếm cao các xung xố sẽ liên tục xuất hiện, và nếu khoảng thời giữa hai sự kiện được chọn quá dài, thì thời gian chết sẽ tăng đáng kể.
Trên thực tế, việc tách các xung dựa trên chu kì của dịng tức thời truyền qua đầu dị tới P.Amp là quan trọng, chẳng hạn, trong một số diode Si tồn tại một vùng “khơng nghèo” cĩ trường tĩnh điện yếu. Tương tác bức xạ trong vùng này sẽ phát ra tín hiệu dịng nhưng sự dịch chuyển điện tích qua vùng “khơng nghèo” là chậm, dẫn tới khả năng sự méo phổ khác nhau: số đếm phơng, đỉnh khuất, các đỉnh bất đối xứng, v.v… Phân biệt thời gian tăng sẽ loại các sự kiện dịng rị dài của đầu dị ra khỏi phổ, điều này dẫn đến các sườn tăng chậm trong các xung hình thành chậm và nhanh. DPP thực hiện RTD bằng việc so sánh biên độ đỉnh trong kênh nhanh (kênh lấy mẫu điện tích được tích hợp trong 100ns đầu tiên) với biên độ đỉnh trong kênh chậm (lấy mẫu điện tích được tích hợp cuối cùng), nếu tỉ số này là đủ cao, thời gian tăng là nhanh và do đĩ xung được chấp nhận, ngược lại nếu tỉsố này là thấp, xung bị loại. Rõ ràng, do tạp âm của kênh nhanh lớn hơn tạp âm trong kênh chậm nên ngưỡng RTD cũng được thực hiện ngay trên kênh đã hình thành dạng xung. Các sự kiện rơi vào dưới mức ngưỡng chậm RTD sẽ khơng được xửlí bởi RTD và vì vậy, các sự kiện này được chấp nhận, trừ khi bị loại bỏ bởi việc chống chồng chập hoặc bởi các tiêu chí khác. Do RTD thường rất cần thiết ở các tương tác sâu trong đầu dị, sinh ra từ các sự kiện năng lượng cao, nên các sự kiện biên độ thấp rất ít bị tác động bởi RTD.
Về nguyên lí, bộ phân tích đa kênh (MCA) hoạt động giống như MCA truyền thống ngoại trừ việc ngõ vào đã được số hố, MCA sẽ phát hiện biên độ đỉnh dạng
xung đã hình thành nhờ dùng mạch dị đỉnh số. Nếu logic chọn lựa này chỉ định rằng xung cĩ hiệu lực, MCA tăng giá trị được lưu vào vị trí bộ nhớ tương ứng với biên độ đỉnh. MCA sẽ hỗ trợ 256, 512, 1024, 2048, 4096 hoặc 8192 kênh. DPP sử dụng 3 byte trên một kênh cho phép 16,7M số đếm trên kênh để đo phổ và đếm (xung, thời gian) trong suốt “thời gian thu nhận”, thời gian thu nhận này cũng được đo và hiển thị. Thời gian thu nhận là thời gian thực trơi qua và suốt khoảng thời gian đĩ dữ liệu được truyền. Xung nhịp thời gian nhận bị ngắt theo khoảng sự kiện nhất định, bao gồm việc truyền dữ liệu trên tuyến dẫn nối tiếp và các chu kì xố. Nếu P.Amp cĩ tín hiệu xố, và DPP được định cấu hình theo chu kì thời gian xố nhất địnhthì sự thu nhận sẽ bị dừng suốt chu kì xố và xung nhịp thu nhận bị ngắt. Tốc độ đếm thực phải được tính thơng qua thời gian thu nhận thực tế hơn là thời gian truyền dữ liệu. Các quá trình truyền dữ liệu xảy ra dựa trên đồng hồ thời gian thực trong máy tính chủ, khi quá trình truyền dữ liệu xảy ra, thời gian thu nhận được chỉ thị và chắc chắn là khác với 1s, do xung nhịp xấp xỉ và cũng do các mất mát bởi quá trình xố nên thời gian thu nhận nằm vào khoảng 1,05s. Ở các tốc độ đếm cao, P.Amp kiểu thực thực hiện xố nhiều lần, vì vậy thời gian thu nhận sẽ ít hơn trong mỗi lần truyền dữ liệu. Trong trường hợp này, thời gian thu nhận cĩ khả năng đạt 0,85 s. Trên màn hình, thời gian này được hiển thị cùng với các số đếm nhanh và chậm trong cùng khoảng thời gian.
Tất cả hệ thống phổ kế hạt nhân đều biểu diễn thời gian chết liên quan đến mỗi tương tác của bức xạ, nghĩa là sau mỗi tương tác tồn tại một khoảng thời gian mà nếu xung xuất hiện trong thời gian đĩ sẽ khơng thể đo được và nĩ sẽ khơng đĩng gĩp vào các số đếm ngõ ra. Do thời gian xuất hiện của xung là ngẫu nhiên nên luơn xuất hiện xác suất. Cho nên trong khoảng thời gian chết, các xung vẫn xuất hiện, và vì vậy tốc độ đếm ngõ ra (Rout) đo bởi hệ thống luơn thấp hơn tốc độ đếm ngõ vào (Rin). Với lí do đĩ, trong phổ kế DSP cần cĩ chức năng xác định phổ ngõ vào và tốc độ đếm, nhằm hiệu chỉnh các mất mát nêu trên.
Đặc trưng thời gian chết của bộ vi xử lí số khácvới đặc trưng thời gian chết của các hệ thống tương tự truyền thống một cách đáng kể, bao gồm những điểm chủ yếu sau đây:
- Thời gian chết trên xung của bộ xử lí số thì thấp hơn thời gian chết trên xung của hệ tương tự so sánh được. Khơng cĩ thời gian chết liên quan đến
việc thu nhận đỉnh (được gọi đơn giản là thời gian chết trong MCA tương tự và thường biểu thị thời gian chết của hệ thống) và thời gian chết mỗi xung giảm rất nhiềudo đáp ứng xung hữu hạn (FIR) của phép hình thành tín hiệu,
- Phương thức tốt nhất để xác định tốc độ đếm xung vào là phải đo trực tiếp, bằng cách sử dụng kênh nhanh. Trong đa số các trường hợp, độ chuẩn xác
và sự chính xác của phương phápnày tốt hơn nhiều so với khi dùng các đồng hồ thời gian thực - là truyền thống của các hệ tương tự,
- Phần mềm chuyên dụng MCA đánh giá thời gian chết của DP5 bằng cách so sánh tốc độ đếm trong các kênh nhanh và chậm.
DPP cĩ nhiều bộ đếm được khởi phát và dừng ở cùng thời điểm, chúng bao gồm: “Bộ đếm kênh nhanh”, ghi tất cả các sự kiện kênh nhanh vượt ngưỡng nhanh, thơng thường khơng cĩ giới hạn trên và khơng hề cĩ logic nào chọn xung (logic này đĩng cổng khi xố và truyền dữ liệu); “Bộ đếm kênh chậm” ghi mọi sự kiện và lưu vào phổ, trường hợp này cĩ giới hạn là các sự kiện vượt quá biên độ xung cực đại sẽ khơng tồn tại trong phổ và vì vậy khơng cĩ số đếm chậm, lúc này logic chọn xung tồn phần được áp dụng (PUR, RTD, …).
DPP cĩ các bộ phân tích đơn kênh (SCAs). Mỗi SCA đều cĩ ngưỡng dưới và ngưỡng trên, khi sự kiện xuất hiện mà ngõ ra hình thành dạng thoả mãn dải được xác lập bởi các ngưỡng này, và được chấp nhận bởi PUR lẫn logic chọn lựa xung thì xung logic được phát để liên kết với thiết bị ngoài. Thơng thường, các SCA được sử dụng khi người dùng cần ghi các tốc độ đếm ở độ phân giải với thời gian cao hơn 100 ms để thu nhận phổ và chỉ cần các tốc độ thuộc một vài dải năng lượng, các giới hạn trên và dưới của các SCA cĩ thể được xác định độc lập bằng phần mềm.
Khối SCA phục vụ hai mục đích: khơng những hoạt động như phân tích đơn kênh, mà cịn cĩ thể được dùng để xác lập vùng quan tâm (ROI) trong chế độ số đếm đặt trước của hoạt động MCA, nghĩa là khi số đếm đặt trước được chọn MCA sẽ dừng sau khisố đếm được lập trình xảy ra trong vùng quan tâm của khối SCA.