Дискриминаторы сигналов

Назначение дискриминаторов
Дискриминаторы
Аналоговые импульсные сигналы несут информацию, заключенную амплитуде, времени и форме сигнала.
Дискретные сигналы содержат всего несколько дискретных уровней (обычно 2) и несут
информацию, заключенную во времени сигнала и его наличии как такового.
Обработка логических сигналов проще обработки аналоговых сигналов.
Дискриминатор – электронное устройство, формирующие (обычно логический) сигнал в зависимости от контролируемого параметра входного аналогового сигнала.
Дискриминаторы
Фазовый дискриминатор
Амплитудный дискриминатор
Временной дискриминатор
Частотный дискриминатор
Используются в электронике регистрации элементарных частиц

Пример использования
амплитудного дискриминатора
Дискриминаторы
Пред-услитель (ЗЧУ)
Быстрый
Усилитель - формирователь
Медленный
Усилитель - формирователь
АЦП
Сцинтиллятор + фотодиод
Строб
триггерный канал
метрологический канал
ССД
Сигнал запуска АЦП (строб) формируется в случае превышения входным сигналом заданного порога с помощью амплитудного дискриминатора

Простейший амплитудный дискриминатор
Дискриминаторы
Простейший амплитудный дискриминатор

Триггер Шмитта (1)
Дискриминаторы
Амплитудный дискриминатор с триггером Шмитта
При превышении входным сигналом потенциала на положительном полюсе ОУ происходит уменьшение уровня на положительном полюсе, что предотвращает обратное переключение при незначительном уменьшении входного сигнала
Аналогичная ситуация при обратном пересечении уменьшенного уровня.

Триггер Шмитта (2)
Дискриминаторы
Триггер Шмитта с добавленной ёмкостью
Классическая версия триггера Шмитта хорошо работает с логическими сигналами,…

Дифференциальный дискриминатор –
амплитудный анализатор
Дискриминаторы
&

Временные измерения. Примеры использования временных дискриминаторов
Дискриминаторы
Д1
Д2
Форм. 1
Форм. 2
ЛЗ
T?Ц
ССД
Точность определения координаты зарегистрированной частицы напрямую зависит от точности временной привязки сформированных логических сигналов к аналоговым сигналам от детекторов Д1 и Д2
Старт
Стоп
0
T
ЗЧУ
Сц фотодиод
УФ
АЦП
ССД
ФЭУ
ФЭУ
Схема совпадений
Сигнал запуска Цифро-аналогового преобразования формируется при наличии сигналов одновременно с двух ФЭУ
Запуск
e

Дискриминаторы

Точность временной привязки
Дискриминаторы
Факторы ограничивающие точность временной привязки:
Изменение формы и амплитуды аналогового сигнала – «гуляние»
Долговременный сдвиг из-за старения элементов и изменения температуры – Дрейф
Неопределённость формирования логического сигнала из-за наличия шума в системе и статистических флуктуаций входного сигнала – Джиттер
Для систем сцинтиллятор-ФЭУ:
Вероятностный процесс генерирования фотонов в сцинтилляторе
Разброс времени пролёта фотонов в сцинтилляторе
Разброс времени пролёта электронов в ФЭУ
Разброс коэффициента усиления ФЭУ
A,D ? флуктуация амплитуды,
A,B,C ? флуктуация формы сигнала

Привязка к переднему фронту сигнала
Дискриминаторы

Вклад шума в неоднозначность временной привязки
Дискриминаторы
В общем случае сигнал с большей крутизной в области порога имеет меньший временной джиттер.

Привязка к постоянной доле сигнала
Дискриминаторы
Σ
Дет «0»
Разр.
Вход
Порог
разр.
Форм.
Выход
В дискриминаторах с привязкой к постоянной доле сигнала (CF – constant fraction) минимизируется «гуляние» из-за изменения амплитуды и скорости нарастания входного сигнала.
Для сигнала с определённой формой подбираются доля сигнала и задержка.
CF
ARC
TCF
True constant fraction
Amplitude & rise time compensated
ОВ
Одновибратор

Дискриминаторы
Привязка к постоянной доле сигнала - TCF
Входной сигнал
Инв. ослабл. сигнал
Задержанный
сигнал
Сигнал на входе
дет. «0»
Момент
пересеч «0»
0

Дискриминаторы
Привязка к постоянной доле сигнала - ARC
Входной сигнал
0

Точность привязки TCF vs ARC
Дискриминаторы