L ời nĩi đầu
2. Mối tương quan giữa các cấu hình MCA theo phương
truyền thống và phương pháp số
Hình 5.16: Sơ đồ bộ tạo dạng xung tương tự.
Các bộ xử lí xung kiểu số (DPP) ngày nay được sử dụng rộng rãi trong trang thiết bị hạt nhân chất lượng cao và là khối trung tâm của hầu hết các hệ thống điện tử được thương mại hố của nhiều hãng sản xuất thiết bị hạt nhân trên thế giới,
như Amptek-Inc., Ortec, Canberra. DPP thực hiện các chức năng như bộ khuếch đại hình thành xung kiểu tương tự nhưng các ưu điểm về đặc tính bên trong của DPP đã dẫn đến tạp âm thấp nhất và các tốc độ đếm cao nhất, mặc dù chức năng của DPP giống như bộ tạo dạng tương tự, nhưng cách thực hiện lại khác nhau và một số khái niệm lẫn thuật ngữ cũng sẽ khác nhau. Mục đích của phần này là so sánh các bộ tạo dạng số và tương tự, để giúp người sử dụng hiểu biết các bộ vi xử lí số, và để giải thích các ưu điểm lẫn hạn chế của chúng phục vụ cho việc thiết kế hệ thống điện tử số.
Hình 5.16 và hình 5.17 biểu diễn các sơ đồ đơn giản hố của các bộ khuếch đại tạo dạng tương tự và số tương ứng. Cả hai đều cĩ đầu dị và các mạch P.Amp nhạy điện tích giống nhau và trong cả hai trường hợp, P.Amp hình thành ngõ ra gồm các bậc nhỏ với biên độ cỡ milivơn. Tương tự, các xung P.Amp được lấy vi phân sao cho thế bậc cĩ thể được đo, cịn các bộ tích phân được gọi là bộ lọc thấp qua sẽ cải thiện tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N), lúc này các xung ngõ ra được số hố và biểu đồ chiều cao xung sẽ được lưu vào bộ nhớ (phổ). Như vậy, các khối chức năng chính của hệ thống phổ kế tương tự và phổ kế sử dụng kĩ thuật DSP là giống nhau.
Hình 5.17: Sơ đồ đơn giản hố của bộ vi xử lí xung số “lí tưởng” Trên hình 5.16, các khối chức năng của hệ phổ kế tương tự với xung hình thành cĩ dạng như biểu diễn trên hình 5.18a, trong đĩ mạch vi phân RC là bộ lọc cao qua. Bộ lọc đĩ cho truyền qua sườn tăng các xung từ P.Amp và cho xung ra dạng hàm mũ với hằng số thời gian τdiff. Mạch tích phân là bộ lọc thấp qua cĩ
hằng số thời gian là τint. Khi sử dụng các bộ lọc thấp qua khác nhau sẽ cho ta các xung với dạng khác nhau: bán-Gauss, giả-Gauss, tựa-tam giác,….
a) b)
Hình 5.18: Các dạng xung trong bộ tạo dạng xung tương tự.
Bộ lọc tinh vi hơn dùng các cặp cực phức với xu hướng trở về đường cơ bản sẽ cho các xung ra cĩ dạng đối xứng hơn. Bộ lọc này là các bộ tạo dạng xung tựa- tam giác dùng các cực phức, xấp xỉ rất gần tam giác ở lối ra, và trong bộ vi xử lí xung số, các xung sẽ cĩ dạng tam giác và hình thang như trên hình 5.18b.
Nĩi chung, dạng xung xấp xỉ với Gauss được đặc trưng bởi hằng số thời gian hình thành xung τ, và thơng thường thời gian đạt đỉnh xấp xỉ 2,2τnhưng đuơi lại tiếp tục kéo thêm một thời gian dài hơn. Mạch BLR cĩ nhiệm vụ duy trì đường cơ bản, vì vậy khi khơng cĩ BLR, ngõ ra cĩ liên kết AC của bộ vi phân làm cho đường cơ bản sẽ dịch xuống ở các tốc độ đếm cao, do đĩ liên kết DC phải bằng zero. Mạch phát hiện và giữ đỉnh tương tự cĩ nhiệm vụ giữ chiều cao đỉnh xung trong suốt thời gian việc số hố. Mẫu dạng số đơn lẻ này biểu trưng xung, vì vậy ADC phải rất tuyến tính nhưng khơng cần thiết quá nhanh vì ADC chỉ số hố một mẫu trên một xung.
Một hệ thống số “lí tưởng” được biểu diễn ở hình 5.17, tín hiệu từ P.Amp được số hố trực tiếp và đưa ADC nhanh, trong đĩ các xung được phân biệt bằng cách sử dụng mạch lấy vi phân rời rạc. Ngõ ra mạch vi phân này được gửi tới bộ lọc thấp qua để lấy tích phân ngõ ra, hai khối sẽ được gán nhãn “xử lí” biểu thị các thuật tốn được áp đặt tới các ngõ vào và khác với một bộ vi xử lí số ở tầng kế tiếp. Tín hiệu sau bộ lọc thấp qua sẽ cĩ dạng tam giác, và các xung hình thang, đỉnh chỏm cũng được tổng hợp dễ dàng. Các giá trị biên độ tín hiệu được số hố xong rồi được đưa tới mạch dị đỉnh số, kết quả dị đỉnh là giá trị biên độ xung và
được gửi tới bộ nhớ biểu đồ. Ngõ ra bộ tích phân cũng cĩ thể được gửi tới DAC, vì vậy người dùng cĩ thể quan sát các xung trên dao động kí, nhưng hệ thống này khơng cần phát ra xung đã tạo dạng tương tự.
Mỗi bậc ngõ ra P.Amp thường cĩ biên độ cỡ milivơn, cĩ thể gối trên đường cơ bản khoảng vài vơn về độ lớn và thay đổi theo thời gian. Bậc này cần được số hố từ 10 đến 14 bit, và đơn giản là khơng cĩ các ADC tồn tại kết nối chính xác với dải động ngõ ra của P.Amp, vì vậy ngõ ra P.Amp được truyền qua mạch tiền lọc tương tự cho phép bậc đĩ được số hố chính xác. Nhiều phương thức khác nhau được sử dụng để loại trừđường cơ bản và khuếch đại bậc theo phép số hố. Tương tự sẽ cĩ nhiều cách thực hiện khác nhau về bộ vi phân, bộ lọc thấp qua hay bộ tích phân, và logic phát hiện đỉnh.