专利名称：一种脉冲幅度分析电路及脉冲幅度分析器的制作方法
技术领域：
本发明属于信号检测领域，尤其涉及一种脉冲幅度分析电路及脉冲幅度分析器。
背景技术：
核物理信号是一系列随机的脉冲信号，每个脉冲代表一个物理事件，如进行射线探测时，每探测到一个射线就会产生一个核脉冲，脉冲的宽度包含射线的时间信息，脉冲的幅度包含射线的能量信息。目前的脉冲幅度分析器对核脉冲信号进行甄别，通常将核脉冲信号转变为标准数字信号的仪器，一般情况下，单道输出信号均为标准的数字信号，其宽度相同，只能用于对核脉冲计数，无法携带脉冲宽度体现的物理量。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种脉冲幅度分析电路，旨在解决现有脉冲幅度分析器无法携带脉冲宽度体现的物理量，信息提取量低的问题。本发明实施例是这样实现的，一种脉冲幅度分析电路，与阈值产生单元连接，所述阈值产生单元具有至少一个阈值输出端，所述电路包括充电单元，所述充电单元的输入端接收核脉冲信号，用于利用所述核脉冲信号进行充电，以记录所述核脉冲信号的峰值信息；信号甄别单元，所述信号甄别单元具有至少一个阈值输入端，所述信号甄别单元的参考输入端与所述充电单元的输出端连接，所述信号甄别单元的信号输入端接收核脉冲信号，所述信号甄别单元的阈值输入端与阈值产生单元的阈值输出端对应连接，用于提取所述核脉冲信号的峰值信息，输出幅值甄别信号和峰值甄别信号；控制单元，所述控制单元的第一输入端与所述信号甄别单元的第一输出端连接， 所述控制单元的第二输入端与所述信号甄别单元的第二输出端连接，所述控制单元具有多个输出端，用于根据所述幅值甄别信号和所述峰值甄别信号，分别输出第一放电控制信号和第二放电控制信号和自适应于所述核脉冲信号宽度的单道输出信号；复位单元，所述复位单元的电压输入端与充电单元的输出端连接，所述复位单元的第一控制端与所述控制单元的第一输出端连接，所述复位单元的第二控制端与所述控制单元的第二输出端连接，所述复位单元的输出端与所述控制单元的复位端连接，用于根据所述第一放电控制信号和所述第二放电控制信号控制放电，输出复位信号，使所述控制单元复位。本发明实施例的另一目的在于提供采用上述脉冲幅度分析电路的脉冲幅度分析
O在本发明实施例中，通过信号甄别单元对核脉冲信号进行计数、记录核脉冲信号的峰值信息，并由控制单元控制放电，输出自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号，实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，增加了脉冲幅度分析器的信息提取
6量，扩展了脉冲幅度分析器的应用。
图1为本发明一实施例提供的脉冲幅度分析电路的结构图；图2为本发明一实施例提供的积分式脉冲幅度分析电路的示例电路结构图；图3为本发明一实施例提供的积分式脉冲幅度分析电路的时序图；图4为本发明一实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的示例电路图；图5为本发明一实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的上阈幅值、下阈幅值及噪声阈值的关系图；图6为本发明一实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的时序图；图7为本发明实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的优选示例电路结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例通过调节滑动变阻器的阻值改变放电时间，延迟对双稳态电路的复位，使输出信号保持与输入核脉冲信号的宽度自适应变化，实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，增加了脉冲幅度分析器的信息提取量。图1示出本发明实施例提供的脉冲幅度分析电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。该脉冲幅度分析电路1与阈值产生单元2连接，可以用于各种脉冲幅度分析器中， 该阈值产生单元2具有至少一个阈值输出端。作为本发明一实施例提供的脉冲幅度分析电路1包括充电单元11，该充电单元11的输入端接收核脉冲信号，用于利用核脉冲信号进行充电，输出充电电压；信号甄别单元12，该信号甄别单元12具有至少一个阈值输入端hthre，信号甄别单元12的参考输入端Inref与充电单元11的输出端连接，信号甄别单元12的信号输入端 Insig接收核脉冲信号，信号甄别单元12的阈值输入端hthre与阈值产生单元2的至少一个阈值输出端对应连接，用于对核脉冲信号进行计数，并记录核脉冲信号的峰值信息，输出幅值甄别信号和峰值甄别信号；控制单元13，该控制单元13的第一输入端Inl与信号甄别单元12的第一输出端连接，控制单元13的第二输入端In2与信号甄别单元12的第二输出端连接，控制单元13 具有多个输出端，用于根据幅值甄别信号和峰值甄别信号，分别输出第一放电控制信号和第二放电控制信号和自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号；复位单元14，该复位单元14的电压输入端h与充电单元11的输出端连接，复位单元14的第一控制端Ctrl与控制单元13的第一输出端Outl连接，复位单元14的第二控制端Ctr2与控制单元13的第二输出端0ut2连接，复位单元14的输出端Out与控制单元 13的复位端Ret连接，用于根据第一放电控制信号和第二放电控制信号控制放电，输出复位信号，使控制单元复位。在本发明实施例中，通过信号甄别单元对核脉冲信号进行计数、记录核脉冲信号的峰值信息，并由控制单元控制放电，输出自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号，实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，增加了脉冲幅度分析器的信息提取量，扩展了脉冲幅度分析器的应用。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。图2示出本发明实施例提供的积分式脉冲幅度分析电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。作为本发明一实施例，该积分式脉冲幅度分析电路1中，充电单元11包括二极管Dl和电容Cl;二极管Dl的阳极为充电单元11的输入端，二极管Dl的阴极与电容Cl的一端连接，电容Cl的另一端接地，二极管Dl与电容Cl的连接端为充电单元11的输出端。信号甄别单元12包括第一甄别器121，该第一甄别器121的正向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，第一甄别器121的反向输入端为信号甄别单元12的第一阈值输入端Inthrel与阈值产生单元2的幅度阈值输出端连接，用于当核脉冲信号的幅值大于阈值信号时计数，输出幅值甄别信号；第二甄别器122，该第二甄别器122的反向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，第二甄别器13的正向输入端为信号甄别单元12的参考输入端，用于当充电电压大于核脉冲信号的幅值时，输出峰值甄别信号。控制单元13包括第一双稳态电路131，该第一双稳态电路131的输入端为控制单元13的第一输入端，第一双稳态电路131的复位端为控制单元13的复位端，用于当接收到幅值甄别信号时， 输出第一状态信号以及反向第一状态信号；第二双稳态电路132，该第二双稳态电路132的输入端为控制单元13的第二输入端，第二双稳态电路132的复位端为控制单元13的复位端，用于当接收到峰值甄别信号时， 输出第二状态信号以及反向第二状态信号；第一与门AND1，该第一与门ANDl的第一输入端与第一双稳态电路131的反向输出端连接，第一与门ANDl的第二输入端与第二双稳态电路132的正向输出端连接，第一与门ANDl的输出端为控制单元13的第一输出端，用于对反向第一状态信号和第二状态信号进行逻辑判断，输出第一放电控制信号；第二与门AND2，该第二与门AND2的第一输入端与第一双稳态电路131的正向输出端连接，第二与门AND2的第二输入端与第一与门ANDl的第二输入端连接，第二与门AND2 的输出端为控制单元13的第二输出端，用于对第一状态信号和第二状态信号进行逻辑判断，输出第二放电控制信号和自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号。复位单元14包括复位控制电路141，该复位控制电路141的输入端为复位单元14的电压输入端，复位控制电路141的第一控制端为复位单元14的第一控制端，复位控制电路141的第二控制端为复位单元14的第二控制端，用于根据第一放电控制信号和第二放电控制信号的控制，对充电电路11进行放电，输出复位控制信号；第三甄别器142，该第三甄别器142的正向输入端与复位控制电路141的输入端连接，第三甄别器142的反向输入端与阈值产生单元2的放电阈值输出端连接，第三甄别器 142的输出端为复位单元14的输出端，用于当复位控制信号低于放电阈值时，输出复位信号。作为本发明一实施例，复位控制电路141包括第一模拟开关Si、第二模拟开关S2以及滑动变阻器Rl ；第一模拟开关Sl的一端为复位控制电路141的输入端，第一模拟开关Sl的另一端接地，第一模拟开关Sl的控制端为复位控制电路141的第一控制端，第二模拟开关S2的一端与第一模拟开关Sl的一端连接，第二模拟开关S2的另一端通过滑动变阻器Rl接地， 第二模拟开关S2的控制端为复位控制电路141的第二控制端，滑动变阻器Rl的滑动端接地。作为本发明一优选实施例，第一模拟开关Si、第二模拟开关S2均可以采用功率场
效应管、三极管等开关管实现。在本发明实施例中，在一个核脉冲信号周期内，核脉冲信号通过第一甄别器121 进行幅度甄别，当该核脉冲信号的幅值大于第一甄别器121的甄别阈值时，第一甄别器121 输出幅值甄别信号，当该核脉冲信号的幅值小于第一甄别器121的甄别阈值时，第一甄别器121不输出幅值甄别信号，该核脉冲信号被忽略。核脉冲信号同时在脉冲上升期间通过充电单元11进行充电，由于二极管Dl正向导通，反向截止，使充电单元11的输出端在核脉冲信号的脉冲下降期间仍能保持该核脉冲信号峰值的电压，第二甄别器122将该峰值电压与核脉冲信号的电压比较，当峰值电压大于核脉冲信号的电压时，即在核脉冲信号的脉冲下降期间输出峰值甄别信号。当第一双稳态电路131接收到幅值甄别信号时，输出第一状态信号以及反向第一状态信号；当第二双稳态电路132接收到峰值甄别信号时，输出第二状态信号。第一与门 ANDl和第二与门AND2对第一状态信号、反向第一状态信号以及第二状态信号进行逻辑判断，并通过第二与门AND2输出具有自适应于输入核脉冲信号宽度的标准单道输出信号。当核脉冲信号变化至脉冲峰值时，且该脉冲峰值大于第一甄别器121的甄别阈值，即第一状态信号和第二状态信号均为高电平时，输出的第二放电控制信号控制复位控制电路141中的第二模拟开关导通，并通过滑动变阻器Rl对充电单元11进行放电，使充电单元11的输出端电压缓慢降低，该放电速度取决于对滑动变阻器Rl阻值的设定；当该脉冲信号从峰值下降至第一甄别器121的甄别阈值以下时，即反向第一状态信号和第二状态信号均为高电平时，输出第一放电控制信号控制复位控制电路141中的第一模拟开关导通，瞬间对充电单元11进行放电，当充电单元11输出端的电压降低至第三甄别器142的放电阈值电压以下时，第三甄别器142向第一双稳态电路131和第二双稳态电路132输出低电平的复位控制信号，使第一双稳态电路131和第二双稳态电路132进行复位以开始进入下一核脉冲信号周期。作为本发明一实施例，该第三甄别器142的放电阈值电压可以设置为略高于0伏的电压值。在本发明实施例中，通过调节滑动变阻器Rl的阻值，使在核脉冲信号幅值下降期与放电时间相近，从而实现单道输出信号的宽度自适应于核脉冲信号的宽度。图3示出本发明实施例提供的积分式脉冲幅度分析电路的时序，为了便于说明， 仅示出了与本发明相关的部分。在本发明实施例中，在t0至tl时段，未接收到核脉冲信号，充电单元11无法充电，其输出端电压为0伏，由于第三甄别器142的放电阈值电压略高于0伏，第三甄别器142 的输出端为低电平，第一双稳态电路131、第二双稳态电路132复位，均输出低电平；在tl至t2时段，核脉冲信号对充电单元11充电，第三甄别器142的正向输入端电压高于反向输入端电压，第三甄别器142输出翻转，停止对第一双稳态电路131、第二双稳态电路132复位，由于该核脉冲信号的最高幅值未达到第一甄别器121的甄别阈值，第二甄别器122的正向输入端为核脉冲信号对充电单元11充电后的电压也不大于第二甄别器 122反向输入端的电压，因此其他信号不发生改变，单道输出信号为低电平；在t2至t3时段，核脉冲信号的最高幅值仍未达到第一甄别器121的甄别阈值，第一甄别器121的输出信号不变，第二甄别器122的反向输入端电压随核脉冲信号幅度下降， 而第二甄别器122的正向输入端电压由于二极管Dl反向截止保持不变，因此第二甄别器 122的输出变为高电平，第二双稳态电路132的正向输出端输出高电平，第一与门ANDl输出高电平，第一模拟开关Sl瞬间对充电单元11放电，第三甄别器18输出变为低电平对第一双稳态电路14、第二双稳态电路15再次复位，单道输出信号为低电平；在t3至t4时段，第三甄别器13对第一双稳态电路14、第二双稳态电路15进行复位，单道输出信号为低电平；在t4至t5时段，核脉冲信号的最高幅值未达到第一甄别器121的甄别阈值，单道输出信号为低电平；在t5至t6时段，核脉冲信号的最高幅值达到第一甄别器121的甄别阈值，第一甄别器121输出高电平，但第二甄别器122的正向输入端电压不大于反向输入端电压，因此第二甄别器122输出低电平，单道输出信号仍保持为低电平；在t6至t7时段，核脉冲信号的最高幅值达到第一甄别器121的甄别阈值，第一甄别器121输出高电平，第二甄别器122达到核脉冲信号峰值后输出高电平，第一双稳态电路 131、第二双稳态电路132的正向输出端也输出高电平，第二与门AND2输出高电平，第一与门ANDl输出低电平，第二模拟开关S2导通控制放电，但由于第二模拟开关S2通过滑动变阻器Rl放电，其放电速度可通过调节滑动变阻器Rl的阻值改变，该滑动变阻器Rl的阻值越大，放电速度越慢，此时，单道输出信号跳变至高电平；在t7至伪时段，核脉冲信号的最高幅值低于第一甄别器121的甄别阈值，第一甄别器121输出低电平，但此时由于放电速度导致第三甄别器142不能立即对第一双稳态电路131进行复位，因此第一双稳态电路131依然保持输出高电平，第二甄别器122的正向输入端电压依然大于反向输入端电压输出高电平，单道输出信号为高电平，当充电单元11的输出端电压降至低于此时核脉冲信号的幅值，但高于第三甄别器142的放电阈值电压时， 第二甄别器122变为低电平，但由于没有复位信号，第二双稳态电路15依然输出高电平信号，直到充电单元11的输出端电压降至低于放电阈值电压时，第三甄别器142输出低电平的复位信号，使第一双稳态电路131和第二双稳态电路132复位，输出低电平，单道输出信号变为低电平。
作为本发明一实施例，可将滑动变阻器Rl调至适当阻值，使在核脉冲信号幅值下降期与放电时间相近，从而实现单道输出信号的宽度自适应于核脉冲信号的宽度。在本发明实施例中，通过调节滑动变阻器的阻值改变放电时间，进而延迟对双稳态电路的复位，使输出信号保持与输入核脉冲信号的宽度自适应变化，从而实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，使脉冲幅度分析在计数的功能上还可以提取核脉冲信号宽度的物理量，增加了信息提取量，提高了甄别效率，扩展了脉冲幅度分析器的应用，并且该电路结构简单、成本低。图4示出本发明实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。作为本发明一实施例，充电单元11包括二极管D3和电容C4;二极管D3的阳极为充电单元11的输入端，二极管D3的阴极与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，二极管D3与电容C4的连接端为充电单元11的输出端。信号甄别单元12包括上阈甄别器123，该上阈甄别器123的正向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，上阈甄别器123的反向输入端为信号甄别单元12的第一阈值输入端Inthrel与阈值产生单元2的上阈输出端连接，用于将核脉冲信号的幅值与上阈幅值进行比较；下阈甄别器124，该下阈甄别器124的正向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，下阈甄别器124的反向输入端为信号甄别单元12的第二阈值输入端Inthre2与阈值产生单元2的下阈输出端连接，用于将核脉冲信号的幅值与下阈幅值进行比较，当核脉冲信号的幅值小于上阈甄别器122的上阈幅值，且大于下阈甄别器132的下阈幅值时计数，输出幅值甄别信号；过顶甄别器125，该过顶甄别器125的反向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，过顶甄别器125的正向输入端为信号甄别单元12的参考输入端，用于当充电电压大于核脉冲信号的幅值时，输出峰值甄别信号；异或门M)R，该异或门XOR的第一输入端与上阈甄别器123的输出端连接，异或门 XOR的第二输入端与下阈甄别器124的输出端连接；非门NOT，该非门NOT的输入端与异或门XOR的输出端连接；第三与门AND3，该第三与门AND3的第一输入端与非门NOT的输出端连接，第三与门AND3的第二输入端与过顶甄别器125得输出端连接，第三与门AND3的输出端为信号甄别单元12的第一输出端；第四与门AND4，该第四与门AND4的第一输入端与非门NOT的输入端连接，第四与门AND4的第二输入端与第三与门AND3的第二输入端连接，第四与门AND4的输出端为信号甄别单元12的第二输出端。作为本发明一优选实施例，信号甄别单元12还可以包括噪声甄别器126，该噪声甄别器1 的正向输入端为信号甄别单元12的信号输入端，噪声甄别器126的反向输入端为信号甄别单元12的第三阈值输入端Inthre3与阈值产生单元2的噪声阈值输出端连接，噪声甄别器126的输出端与控制单元13的复位端连接， 用于当核脉冲信号的幅值大于噪声阈值幅值后，输出复位信号，使控制单元13复位。
在本发明实施例中，信号甄别单元12还可以包括电容C2、电容C3、电阻R2、电阻 R3以及二极管D2，电容C2的一端与噪声甄别器1 的输出端连接，电容C2的另一端通过电阻R2接地，电容C2的另一端同时与二极管D2的阳极连接，二极管的阴极与控制单元13的复位端连接，用于隔离噪声甄别器126的输出，防止干扰；电容C3的一端与过顶甄别器125 的输出端连接，电容C3的另一端通过电阻R3接地，电容C3的另一端同时与第四与门AND4 的第二输入端连接，用于控制上阈甄别器123输出信号的传输。控制单元13包括第三双稳态电路133，该第三双稳态电路133的输入端为控制单元13的第一输入端，第三双稳态电路133的复位端为控制单元13的复位端，第三双稳态电路133的正向输出端为控制单元13的第一输出端，用于输出第一放电控制信号；第四双稳态电路134，该第四双稳态电路134的输入端为控制单元13的第二输入端，第四双稳态电路134的复位端为控制单元13的复位端，第四双稳态电路134的正向输出端为控制单元13的第二输出端，用于输出第一放电控制信号；第五双稳态电路135，该第五双稳态电路135的输入端为控制单元13的第二输入端，第五双稳态电路135的复位端为控制单元13的复位端，第五双稳态电路135的正向输出端为控制单元13的第三输出端，用于输出自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号。复位单元14包括复位控制电路141和第三甄别器142 ；复位控制电路141的输入端为复位单元14的电压输入端，复位控制电路141的第一控制端为复位单元14的第一控制端，复位控制电路141的第二控制端为复位单元14的第二控制端，复位控制电路141的复位电平检测端与第三甄别器142的反向输入端连接，第三甄别器142的正向输入端同时为复位单元14的电压输入端，第三甄别器142的输出端为复位单元14的输出端。作为本发明一实施例，复位控制电路141包括第三模拟开关S3、第四模拟开关S4、电阻R4、滑动变阻器R5、滑动变阻器R6 ；第三模拟开关S3的一端为复位控制电路141的输入端与滑动变阻器R5的一端连接，第三模拟开关S3的另一端接地，第三模拟开关S3的控制端为复位控制电路141的第一控制端，滑动变阻器R5的另一端与滑动端连接，第四模拟开关S4的一端与滑动变阻器R5 的另一端连接，第四模拟开关S4的另一端接地，第四模拟开关S4的控制端为复位控制电路 141的第二控制端，电阻R4的一端同时为复位控制电路141的输入端，电阻R4的另一端与滑动变阻器R6的一端连接，滑动变阻器R6的另一端接地，滑动变阻器R6的滑动端为复位控制电路141的复位电平检测端。作为本发明一优选实施例，复位单元14还可以包括电容C5、电阻R7和二极管 D4 ；电容C5的一端与第三甄别器142的输出端连接，电容C5的另一端通过电阻R7接地，电容C5的另一端同时与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极为复位单元14的输出端，用于隔离第三甄别器142的输出，防止隔离噪声甄别器1 与第三甄别器142两路输出相互干扰。作为本发明一实施例，该脉冲幅度分析电路1还可以包括缓冲器20，该缓冲器20的输入端接收核脉冲信号，缓冲器20的输出端与信号甄别单元12的信号输入端连接，用于隔离该脉冲幅度分析电路1与信号源，减轻对信号源的负载。在本发明实施例中，通过上阈甄别器123和下阈甄别器IM对核脉冲信号的幅值进行比较，通过异或门XOR判断幅值，使在上阈幅值与下阈幅值之间的核脉冲信号进行计数，对幅值不在此范围的核脉冲信号忽略，图5示出了上阈幅值、下阈幅值及噪声阈值的关系上阈幅值>下阈幅值>噪声阈值，当核脉冲信号的幅值处于阴影部分时被计数，并将幅值甄别信号及其反信号与过顶甄别器125输出的峰值甄别信号进行逻辑运算后输出给控制单元13，该核脉冲信号超过噪声阈值后，噪声甄别器1 输出复位信号，对控制单元13进行复位，使控制单元13开始工作，噪声甄别器126的噪声阈值可以设为10mv，控制单元13 根据逻辑运算后的数字信号判断直接对电容C4放电还是通过电阻对电容C4放电。当输入核脉冲信号的幅度不是处于上、下甄别阈值之间，则AND3输入“1”，第三双稳态电路133输出第一放电控制信号控制第三模拟开关S3导通直接对电容C4放电，此时第五双稳态电路 135不输出单道输出信号，当核脉冲信号过顶后，过顶甄别器125输出为“ 1”，并当输入核脉冲信号的幅度处于上、下甄别阈值之间，则AND4输入“1”，第四双稳态电路134输出第二放电控制信号控制第四模拟开关S4导通，通过电阻R4、滑动变阻器R5和滑动变阻器R6对电容C4放电，调节滑动变阻器的阻值可以改变放电时间，进而延迟对双稳态电路的复位，使输出信号保持与输入核脉冲信号的宽度自适应变化，此时第五双稳态电路135输出宽度与核脉冲信号宽度成比例的单道输出信号，当充电单元11输出端的电压降低至第三甄别器 142的放电阈值电压以下时(第三甄别器142的放电阈值可以设为IOmv)，第三甄别器142 向第三双稳态电路133、第四双稳态电路134和第五双稳态电路135输出低电平的复位控制信号，控制复位以开始进入下一核脉冲信号周期。在本发明实施例中，过顶甄别器125通过信号前沿对控制单元13的初始状态复位，第三甄别器142通过信号后沿对控制单元13复位清除数据以便进行下一个核脉冲信号的判断，其中二极管D2和二极管D4是为了避免过顶甄别器125和第三甄别器142输出对接，避免产生复位信号冲突。该微分式脉冲幅度分析电路1的时序参考图6，其中Sa、Sb、S。、Sd为节点a、b、c、 d处的信号，Uc为充电单元11输出端的电位，显示了电容C4的充放电情况，Sreset为复位信号，Sout为自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号，Sconl为第一控制信号，Scon2为第二控制信号，从图6中可以看出，当核脉冲信号的幅值位于上、下阈值之间时，输出与核脉冲信号宽度相适应的单道输出信号S。ut，当核脉冲信号的幅值大于上阈值或小于下阈值时，控制单元13不输出单道输出信号。作为本发明一优选实施例，该脉冲幅度分析电路1还可以包括一单道双掷开关K， 该单道双掷开关K的一端与第四与门AND4的第一输入端连接，单道双掷开关K的第一闭合端与异或门XOR的输出端连接，单道双掷开关K的第二闭合端与下阈甄别器124的输出端连接，当单道双掷开关K于第一闭合端闭合时，该脉冲幅度分析电路1为微分式结构，当单道双掷开关K于第二闭合端闭合时，该脉冲幅度分析电路1为积分式结构。图7示出本发明实施例提供的微分式脉冲幅度分析电路的优选示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。作为本发明一实施例，控制单元13还可以包括
第六双稳态电路136，该第六双稳态电路136的输入端为控制单元13的第一输入端，第六双稳态电路136的复位端为控制单元13的复位端，第六双稳态电路136的正向输出端为控制单元13的第一输出端，用于输出第一放电控制信号；第七双稳态电路137，该第七双稳态电路137的输入端为控制单元13的第二输入端，第七双稳态电路137的复位端为控制单元13的复位端，第七双稳态电路137的正向输出端为控制单元13的第二输出端，用于输出第一放电控制信号和自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号。作为本发明一实施例，复位控制电路141还可以包括第一开关K1、第二开关K2、滑动变阻器R8、电阻R9、恒流源1411以及恒压源1412 ；第一开关Kl的一端为复位单元14的输入端与第二开关K2的一端连接，第一开关 Kl的另一端接地，第一开关Kl的控制端为复位控制电路141的第一控制端，第二开关K2的另一端通过恒流源1411接地，第二开关K2的控制端为复位控制电路141的第二控制端，滑动变阻器R8的一端接地，滑动变阻器R8的另一端通过电阻R9与恒压源1412连接，滑动变阻器R8的滑动端为复位控制电路141的复位电平检测端。在本发明实施例中，脉冲的宽度是指脉冲幅度大于噪声阈值那部分的宽度，从脉冲幅度超过噪声阈值处开始计算。作为本发明一实施例，首先将脉冲的幅度用电容C4进行采样保存(即精密整流器和储能的作用)，然后在脉冲到达峰值后再通过判断“脉冲幅度是否处于上、下甄别阈值之间”来决定保存下来的脉冲幅度值是否有用。如果判断出“脉冲幅度是处于上、下甄别阈值之间”，则让电容C4通过第二开关K2进行放电，其放电时间由恒流源1411控制；如果判断 “脉冲幅度不是处于上、下甄别阈值之间”，则让电容C4直接通过第一开关Kl快速放电，放弃保存的脉冲幅度信息。由于信号的幅度虽然大小不一，但它们的形状一致，即幅度的大小与宽度有相当好的相关性，所以可以通过幅度来计算信号的宽度。在本发明实施例中，该脉冲幅度分析电路1通过电容C4来保存幅度大小，再让电容C4通过线性放电将幅度信息转换为宽度信息(转换的比例由恒流源决定)，从而得到脉冲宽度可变的输出信号。电阻R9和滑动变阻器R8的滑动端为第三甄别器142提供了一个电容放电的可以调节的终止甄别电压。当电容C4通过恒流源1411放电到电容C4上的电压小于噪声阈值时，可通过第三甄别器142的输出将第一开关Kl或第二开关K2打开，停止放电，并使输出第六双稳态电路136、第七双稳态电路137复位，准备下一次的工作。作为本发明一实施例，噪声甄别器126的作用是当信号幅度大于噪声阈值时，输出一个“0”一 >“1”的信号，表示“有信号了”。这个输出经过电容C2和电阻R2的微分后形成一个很短的尖脉冲，使第六双稳态电路136、第七双稳态电路137复位，准备开始工作。 电容C5和电阻R7也是形成复位短脉冲的作用。由于有二个复位信号接在一起，可能会相互干扰(如一个输出高电平，一个输出低电平的情况)，所以使用二极管D2和二极管D4分别进行了隔离。由于通过精密整流器C4的存在，信号过顶前，过顶甄别器125的正向输入端电压小于反向输入端，过顶甄别器125输出为“0” ；信号过顶后，电容C4上为信号的峰值电压， 过顶甄别器125的正向输入端电压大于反向输入端，过顶甄别器125输出为“1”。其输出经
14过电容C3和电阻R3的微分后将与门AND3和与门AND4打开，让“异或”信号通过。如果输入核脉冲信号的幅度处于上、下甄别阈值之间，则AND4输入“1”，第七双稳态电路137输出 “1”，使第二开关K2闭合，电容C4线性放电，同时AND3输入“0”，第六双稳态电路136输出 “0”，使第一开关Kl打开，使电容C4不会通过第一开关Kl放电。如果输入核脉冲信号的幅度不是处于上、下甄别阈值之间，则AND3输入“1”，第六双稳态电路136输出“1”，使第一开关Kl闭合，电容C4通过第一开关Kl快速放电。第七双稳态电路137输出“1”的同时，即输出信号。等到电容C4通过放电到达噪声电压阈值(由电阻R9和滑动变阻器R8决定) 以下时，第三甄别器142输出反转(“0”一>“1”)，其输出经过电容C5和二极管D4将第六双稳态电路136、第七双稳态电路137复位，第一开关Kl和第二开关K2均打开，第七双稳态电路137的输出也返回至“0”，输出脉冲的宽度对应输入脉冲的宽度。在本发明实施例中，通过调节滑动变阻器的阻值改变放电时间，进而延迟对双稳态电路的复位，使输出信号保持与输入核脉冲信号的宽度自适应变化，从而实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，使脉冲幅度分析在计数的功能上还可以提取核脉冲信号宽度的物理量，增加了信息提取量，提高了甄别效率，扩展了脉冲幅度分析器的应用，并且该电路结构简单、成本低。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种脉冲幅度分析电路，与阈值产生单元连接，所述阈值产生单元具有至少一个阈值输出端，其特征在于，所述电路包括充电单元，所述充电单元的输入端接收核脉冲信号，用于利用所述核脉冲信号进行充电，以记录所述核脉冲信号的峰值信息；信号甄别单元，所述信号甄别单元具有至少一个阈值输入端，所述信号甄别单元的参考输入端与所述充电单元的输出端连接，所述信号甄别单元的信号输入端接收核脉冲信号，所述信号甄别单元的阈值输入端与阈值产生单元的阈值输出端对应连接，用于提取所述核脉冲信号的峰值信息，输出幅值甄别信号和峰值甄别信号；控制单元，所述控制单元的第一输入端与所述信号甄别单元的第一输出端连接，所述控制单元的第二输入端与所述信号甄别单元的第二输出端连接，所述控制单元具有多个输出端，用于根据所述幅值甄别信号和所述峰值甄别信号，分别输出第一放电控制信号和第二放电控制信号和自适应于所述核脉冲信号宽度的单道输出信号；复位单元，所述复位单元的电压输入端与充电单元的输出端连接，所述复位单元的第一控制端与所述控制单元的第一输出端连接，所述复位单元的第二控制端与所述控制单元的第二输出端连接，所述复位单元的输出端与所述控制单元的复位端连接，用于根据所述第一放电控制信号和所述第二放电控制信号控制放电，输出复位信号，使所述控制单元复位。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号甄别单元包括第一甄别器，所述第一甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述第一甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的第一阈值输入端与所述阈值产生单元的幅度阈值输出端连接，用于当所述核脉冲信号的幅值大于阈值信号时计数，输出幅值甄别信号；第二甄别器，所述第二甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述第二甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的参考输入端，用于当充电电压大于核脉冲信号的幅值时，输出峰值甄别信号。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号甄别单元包括上阈甄别器，所述上阈甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述上阈甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的第一阈值输入端与所述阈值产生单元的上阈输出端连接，用于将所述核脉冲信号的幅值与上阈幅值进行比较；下阈甄别器，所述下阈甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述下阈甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的第二阈值输入端与所述阈值产生单元的下阈输出端连接，用于将所述核脉冲信号的幅值与下阈幅值进行比较，当所述核脉冲信号的幅值小于所述上阈甄别器的上阈幅值，且大于所述下阈甄别器的下阈幅值时计数，输出幅值甄别信号；过顶甄别器，所述过顶甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述过顶甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的参考输入端，用于当充电电压大于所述核脉冲信号的幅值时，输出峰值甄别信号；异或门，所述异或门的第一输入端与所述上阈甄别器的输出端连接，所述异或门的第二输入端与所述下阈甄别器的输出端连接；非门，所述非门的输入端与所述异或门的输出端连接；第三与门，所述第三与门的第一输入端与所述非门的输出端连接，所述第三与门的第二输入端与所述过顶甄别器得输出端连接，所述第三与门的输出端为所述信号甄别单元的第一输出端；第四与门，所述第四与门的第一输入端与所述非门的输入端连接，所述第四与门的第二输入端与所述第三与门的第二输入端连接，所述第四与门的输出端为所述信号甄别单元的第二输出端。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述信号甄别单元还包括噪声甄别器，所述噪声甄别器的正向输入端为所述信号甄别单元的信号输入端，所述噪声甄别器的反向输入端为所述信号甄别单元的第三阈值输入端与所述阈值产生单元的噪声阈值输出端连接，所述噪声甄别器的输出端与所述控制单元的复位端连接，用于当所述核脉冲信号中的噪声信号幅值大于噪声阈值幅值后，输出复位信号，使控制单元复位。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元包括第一双稳态电路，所述第一双稳态电路的输入端为所述控制单元的第一输入端，所述第一双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，用于当接收到所述幅值甄别信号时， 输出第一状态信号以及反向第一状态信号；第二双稳态电路，所述第二双稳态电路的输入端为所述控制单元的第二输入端，所述第二双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，用于当接收到所述峰值甄别信号时， 输出第二状态信号以及反向第二状态信号；第一与门，所述第一与门的第一输入端与所述第一双稳态电路的反向输出端连接，所述第一与门的第二输入端与所述第二双稳态电路的正向输出端连接，所述第一与门的输出端为所述控制单元的第一输出端，用于对所述反向第一状态信号和所述第二状态信号进行逻辑判断，输出第一放电控制信号；第二与门，所述第二与门的第一输入端与所述第一双稳态电路的正向输出端连接，所述第二与门的第二输入端与所述第一与门的第二输入端连接，所述第二与门的输出端为所述控制单元的第二输出端，用于对所述第一状态信号和所述第二状态信号进行逻辑判断， 输出第二放电控制信号和自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元包括第三双稳态电路，所述第三双稳态电路的输入端为所述控制单元的第一输入端，所述第三双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，所述第三双稳态电路的正向输出端为所述控制单元的第一输出端；第四双稳态电路，所述第四双稳态电路的输入端为所述控制单元的第二输入端，所述第四双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，所述第四双稳态电路的正向输出端为所述控制单元的第二输出端；第五双稳态电路，所述第五双稳态电路的输入端为所述控制单元的第二输入端，所述第五双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，所述第五双稳态电路的正向输出端为所述控制单元的第三输出端。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元包括第六双稳态电路，所述第六双稳态电路的输入端为所述控制单元的第一输入端，所述第六双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，所述第六双稳态电路的正向输出端为所述控制单元的第一输出端；第七双稳态电路，所述第七双稳态电路的输入端为所述控制单元的第二输入端，所述第七双稳态电路的复位端为所述控制单元的复位端，所述第七双稳态电路的正向输出端为所述控制单元的第二输出端。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述复位单元包括复位控制电路，所述复位控制电路的输入端为所述复位单元的电压输入端，所述复位控制电路的第一控制端为所述复位单元的第一控制端，所述复位控制电路的第二控制端为所述复位单元的第二控制端，用于根据所述第一放电控制信号和所述第二放电控制信号的控制，对充电电路进行放电，输出复位控制信号；第三甄别器，所述第三甄别器的正向输入端与所述复位控制电路的输入端连接，所述第三甄别器的反向输入端与所述阈值产生单元的放电阈值输出端连接，所述第三甄别器的输出端为所述复位单元的输出端，用于当所述复位控制信号低于放电阈值时，输出复位信号。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述复位控制电路包括第一模拟开关、第二模拟开关以及滑动变阻器Rl ；所述第一模拟开关的一端为所述复位控制电路的输入端，所述第一模拟开关的另一端接地，所述第一模拟开关的控制端为所述复位控制电路的第一控制端，所述第二模拟开关的一端与所述第一模拟开关的一端连接，所述第二模拟开关的另一端通过所述滑动变阻器 Rl接地，所述第二模拟开关的控制端为所述复位控制电路的第二控制端，所述滑动变阻器 Rl的滑动端接地。
10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述复位单元包括复位控制电路和第三甄别器；所述复位控制电路的输入端为所述复位单元的电压输入端，所述复位控制电路的第一控制端为所述复位单元的第一控制端，所述复位控制电路的第二控制端为所述复位单元的第二控制端，所述复位控制电路的复位电平检测端与所述第三甄别器的反向输入端连接， 所述第三甄别器的正向输入端同时为所述复位单元的电压输入端，所述第三甄别器的输出端为所述复位单元的输出端。
11.如权利要求10所述的电路，其特征在于，所述复位控制电路包括第三模拟开关、第四模拟开关、电阻R4、滑动变阻器R5、滑动变阻器R6 ；所述第三模拟开关的一端为所述复位控制电路的输入端与所述滑动变阻器R5的一端连接，所述第三模拟开关的另一端接地，所述第三模拟开关的控制端为所述复位控制电路的第一控制端，所述滑动变阻器R5的另一端与所述滑动变阻器R5的滑动端连接，所述第四模拟开关的一端与所述滑动变阻器R5的另一端连接，所述第四模拟开关的另一端接地，所述第四模拟开关的控制端为所述复位控制电路的第二控制端，所述电阻R4的一端同时为所述复位控制电路的输入端，所述电阻R4的另一端与所述滑动变阻器R6的一端连接，所述滑动变阻器R6的另一端接地，所述滑动变阻器R6的滑动端为所述复位控制电路的复位电平检测端。
12.如权利要求10所述的电路，其特征在于，所述复位控制电路包括第一开关、第二开关、滑动变阻器R8、电阻R9、恒流源以及恒压源； 所述第一开关的一端为所述复位单元的输入端与所述第二开关的一端连接，所述第一开关的另一端接地，所述第一开关的控制端为所述复位控制电路的第一控制端，所述第二开关的另一端通过所述恒流源接地，所述第二开关的控制端为所述复位控制电路的第二控制端，所述滑动变阻器R8的一端接地，所述滑动变阻器R8的另一端通过所述电阻R9与所述恒压源连接，所述滑动变阻器R8的滑动端为所述复位控制电路的复位电平检测端。
13. —种脉冲幅度分析器，其特征在于，所述分析器的脉冲幅度分析电路为权利要求1 至12任一项所述的电路。
全文摘要
本发明适用于信号检测领域，提供了一种脉冲幅度分析电路及脉冲幅度分析器，所述脉冲幅度分析电路包括充电单元、信号甄别单元、控制单元、复位单元。本发明通过通过信号甄别单元对核脉冲信号进行计数、记录核脉冲信号的峰值信息，并由控制单元控制放电，输出自适应于核脉冲信号宽度的单道输出信号，实现了在单道输出信号中携带核脉冲信号宽度的物理量，增加了脉冲幅度分析器的信息提取量，扩展了脉冲幅度分析器的应用。
文档编号G01T1/36GK102540240SQ20121000870
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者冯江平, 王瑞庭, 陈羽 申请人:深圳大学