生の波形はこれ。
そろそろMCAのソフトウェアも更新していかねば。
ベースライン回復回路
2016.4.22
ベースライン回復回路(Base Line Restorer)という回路を作っています。
こういうパルスの高さを計測する場合を考えてみます。
0Vからのパルスの高さを図りたいのですが、交流結合していると、ベースラインがシフトしてしまいます。
ベースラインがずれると、パルスの高さが減ってしまうわけです。
放射線の信号は不定期に入ってくるので、真の値から少し減った値（しかも毎回異なる）が計測されることになります。
これでは都合が悪いので、ベースライン回復回路というものが間に入ることになります。Knoll本とかによればこういう回路なのですが、
このスイッチを入れる条件がどうもわかりませんでした。
先日、市販のBLRハイブリッドICの回路図を見つけ、ようやくわかりました。
出力電圧が負になったときにスイッチをONにし、出力電圧が正の場合にはスイッチをOFFにすればよいのです。単純です。
つまり、出力が正の場合はCRの時定数が大きいのでゆるゆるにすべて通し、出力が負になったらスイッチを閉じてCを急速に充電し、0V付近にとどめるというわけです。
これをFPGA内のディジタル信号処理でやってみました。
茶色が入力信号、緑が出力信号です。茶色の信号はTFAの出力で、0.1Vのバイアスが乗っていますが、BLRを通すとバイアスも消えます。
拡大すると、
緑の線がちょこっとだけ持ち上がりますが、速やかに0Vに戻っています。
一方、台形波形整形回路の出力にBLRを通した場合は、
一見、大丈夫なように見えますが・・・
平らな部分でサグが出ています。時定数がある回路なので、正確な波形にはならないです。
今回実装したBLR回路は、絵に描けば、ダイオードを使ったような簡単なものです。
ほかにも、いろいろなアルゴリズムがあるようです。この回路はShaperの後ろではなくTFAの後ろに入れるのが正しいのではないかと思います。
フォトマル用のプリアンプを入れてみた
2016.4.19
最近のCosmo-Zは、入力のアンチエイリアシングフィルタの遮断周波数を60MHzに上げたので、高周波特性が良くなりました。
しかし、その分、幅の鋭いパルスの計測が難しくなりました。
例えば、プラスチックシンチレータとフォトマルから出てくる信号は数nsくらいの幅しかないそうなのですが、この鋭いパルスをCosmo-Zで受け取ると何が何だかわからない結果となります。
現在、特電でCosmo-Zの実験に使っているβ線、γ線、ミューオン用の検出器はこんな感じです。
上の写真の真ん中にある円柱の中に、プラスチックシンチレータとフォトマルが入っています。いままではフォトマルからCosmo-Zまで直結していたので信号レベルが弱くて困っていました。
今回、フォトマルの下にある四角い箱の中にアンプを入れてみました。フォトマルの近くにアンプがあれば、ノイズの影響を受けにくいと考えたからです。
まず、フォトマルからCosmo-Zへ直結した場合の波形。
幅がだいたい30ns、電圧も30mV程度でした。
酷い時には信号が1クロック分しかないなど、これでは信号処理のしようがありません。
ですが、この信号をCosmo-Zの基板上のゲインをいじって、単純に増幅すると、ケーブルがノイズをひろっているらしくて、S/Nがあまり向上しないのです。
そこで、フォトマルの近くにアンプを入れました。
結果
直結した場合に比べて波形がはっきりしてきました。
幅が50nsくらい、高さが250mV程度です。
できればパルスストレッチャーを入れて、もう少し良く見えるようにしたいところです。
この波形ならMCAも使えるようです。
さあ、意味のあるデータが取れればよいのですが・・
ピークホールド回路
2016.4.18
Cosmo-Zを、フルディジタルな放射線計測用信号処理システム（DSP)とするため、FPGAの開発を続けています。
今日はピーク・ホールド(Peak Hold)回路を作りました。ピーク・ホールド回路とは、その名のとおり最大値を保持する回路です。
トリガが入っている間の最大値（あるいは最小値）を保持します。なお、茶色の線が入力信号。赤の線がピークホールド出力。灰色の線がトリガ期間を示します。
いろいろな高さの波形が入ったときの動作は、こんな感じです。
この波形は、FPGA内で作り出したテスト波形でしたが、実際にプラスチックシンチレータとフォトマルをつないで、バックグラウンドの波形でやってみました。
横の1ポイントは12.5nsに相当します。ちゃんとピークをホールドしてくれているのがわかります。
