脈衝高度分析器

脈衝高度分析器（PHA）是核輻射測量中所使用的儀器，核輻射測量是一種將核電子學與計算機技術等學科相互結合、綜合性很強的分析技術。它已成為物質成分分析的重要手段，在毒品、爆炸物檢測，在線煤質分析，水泥物料分析，醫學，環境學等學科起着越來越重要的作用。在核輻射測量中，核探測器輸出的脈衝信號高度和入射粒子的能量成正比，通過測量脈衝信號的高度就可以知道入射射線的能量。 ^[1] 

脈衝高度分析器的工作原理如圖1所示。在控制器的控制下，待分析脈衝首先被送至A/D轉換器，經過A/D轉換後，成為一個能代表該脈衝高度的數字量（稱為“道址”）。然後，控制器將該數字量線性變換成數據緩衝區內所對應的計數器地址，並使該地址對應的計數器內容“加1”，即該道的計數值加1。這樣，經過一段時間的測量，數據緩衝區內各個計數器的計數值就能反映輸人脈衝的高度分佈。

脈衝高度間隔的個數就是脈衝高度分析器的道數；而高度間隔的寬度就是道寬。道數越多，高度分佈分析得越精細，各個道的計數相應減少，測量時間延長，硬件電路也就越複雜，所以不應盲目追求道數。通常要求在峯高的半寬度範圍內有5~10道，對於採用Nal探測器的脈衝高度分析器，由於它的脈衝高度分辨率比較差，128道至256道就能滿足測量要求；而對於半導體探測器，則需要1024-8192道。 ^[2] 

脈衝高度分析器採集系統結構框圖如圖2所示。一般將晶體與光電倍增管、前置放大器一起稱為探頭。脈衝信號放大電路做成一個獨立的單元，東北師範大學輻射技術研究所是將探頭高壓電源、信號放大電路及四路電源放在一個機箱中。甄別電路、控制電路、A/D轉換電路是設計多道卡必不可少的電路。脈衝高度分析器主要包括峯值保持與採集、數據上傳兩大部分。這兩部分又各自分成若干個單元。國內的高速脈衝高度分析器雖有文獻介紹，但沒有實際應用，實際使用的儀器都是從國外進口的。 ^[2] 

脈衝高度分析器的分析對象是脈衝信號的峯值。經過放大器的脈衝信號，其峯頂寬度比較窄，不能滿足A/D轉換的時間要求（大於幾微秒）。採用峯值保持電路，展寬脈衝信號峯值寬度，使峯值保持足夠長的時間，以保證在A/D轉換過程中峯值穩定。控制電路的主要作用是對信號的波形進行分析，為採樣保持電路提供控制信號川。控制電路由比較器、電壓跟隨器和模擬開關組成。

電路工作過程如下:

（1）當輸人電壓高於V_set（即：V_in>V_set）時，比較器A的輸出端為高電平，從而使輸出端Q跟隨D的狀態（固定為高電平1），即Q=1/Q=0；此時模擬開關K2截止，二極管D4導通，採樣保持電容C5開始充電，電容兩端電壓上升，直至達到峯值。

（2）在充電過程中，比較器B的輸出端為低電平；當C5兩端電壓達到峯值，比較器B的輸出端為高電平，從而使得輸出端Q跟隨D端的狀態，即Q=1/Q=0；此時模擬開關K1導通，採樣保持電路的輸人端接地，信號進人死時間區，產生提示信號DT=0，關閉活時間計時電路的與門，直至下一個脈衝到達，分析指令ANS使DT=1，重新開啓活時間計時電路。 ^[2] 

AT89C52是一個低電壓、高性能CMOS單片微控制器，片內置一個8位處理器、一個布爾處理器和Flash存儲單元。將微處理器和Flash存儲器結合在一起，可反覆擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。

脈衝高度分析器是按脈衝的高度進行分類計數，A/D轉換的是脈衝高度值，為了對脈衝高度進行轉換，同時實現死時間控制需要使用時序控制電路。雖然AT89C52與ASD7807通常採用執行“MOVX指令”的總線型接口，但是由於本裝置時序控制的特殊性，ASD7807與AT89C52的接口不能採用執行“MOVX指令”的總線型接口。根據控制器AT89C52芯片提供的系統資源，設計中採用ASD7807與AT89C52的P1口相接的方式。屬於用户I/O口的P3口，其8根口線可以位操作，抽出部分口線用作A/D轉換的握手信號線。

脈衝高度分析器可以使用多種接口，如ISA、PCI都是較好的選擇。市場上絕大多數為基於ISA總線計算機多道卡，但其速度偏低，開發難度較大（需要開發驅動程序）；PCI總線協議過於複雜，實現起來比ISA等總線還要困難得多。 ^[2]