基于FPGA的二维多普勒谱仪数据分析系统设计及实现

摘要

正电子湮灭技术(Positron Annihilation Technique，PAT)在凝聚态物理、材料科学、化学、物理冶金等领域中有广泛的应用。基于PAT的二维多普勒谱仪是近十年出现的新技术，国内的研究工作刚刚开始。二维多普勒谱仪是由双通道正电子湮灭辐射γ光子信号探测器、放大电路、数据采集分析系统组成，可以在各种工作模式下灵活转换。
　　 本论文的主要研究内容为二维多普勒谱仪的关键组成——数据采集分析系统的设计与实现。该数据采集分析系统主要包括两个模块：数据分析、数据传输。正电子湮灭二维多普勒谱仪双通道探测器采集正电子湮灭辐射γ光子能量模拟信号、正电子寿命方波，经板卡外围电路逐级放大，得到的底层数据进入本文设计的数据采集分析系统，通过模数转换的数字信号，经过系统中的甄别、筛选、符合检测等数据分析处理，最后由网络传输接口传送至PC机。上述功能在Xilinx FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）上集成实现。经整机调试，二维多普勒谱仪四种工作模式可正常工作，多普勒展宽能谱和正电子寿命谱，能够反映正电子湮灭辐射γ光子的高斯波能量特征和寿命脉冲方波特征。FPGA上实现的数据采集分析系统达到二维多普勒谱仪的要求。