БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР ІМПУЛЬСІВ

 

О.М. Ковальов, А. П. Войтер, М. І. Доронін, І.О.Мазний

 

Інститут ядерних досліджень НАН України

 

Багатофункціональний генератор імпульсів здійснює формування цифровим способом різних видів сигналів з ​​високою стабільністю часових параметрів та призначений для налагодження та калібрування пристроїв і систем ядерної електроніки.

Для управління режимами роботи генератора використовується персональний комп'ютер через USB-з'єднання. Всі маніпуляції з вибору та установки необхідного режиму генератора виконуються з консолі віртуальних регулювань, створеної в програмному середовищі LabVIEW.

Основними елементами генератора є формувачі вхідних і вихідних сигналів, опорний генератор, цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), полосовий фільтр, буферний підсилювач, блок реалізації алгоритмів, блок управління, та інтерфейсний блок.

Багатофункціональний генератор забезпечує:

- частоту повторення імпульсів при внутрішньому запуску в межах 1Гц - 100 (200) мГц, стабільність частоти ± 100 ррм , тривалість імпульсів і їх період в інтервалі від 10 (5) нс. до 1с, а дискретність установки частоти складає один період опорного генератора;

- тривалість фронту і спаду вихідного імпульсу 2 (1) нс, виміряну на рівні 0,1- 0,9 його амплітуди;

 - формування заданої кількості імпульсів (від 1 до 65535) за зовнішнім запускаючим імпульсом;

- генерування опорного імпульсу і імпульсу, затриманого на певний час стосовно опорного. Дискретність установки часу складає один період опорного генератора.

- генерацію дев'яти синхронних імпульсів, або сигналів затриманих один щодо одного на певний час. Затримка фіксована і може складати 10 , 80 , 160 або 320 нс;

- формування випадкових часових інтервалів з мінімальним значенням 10 (5) нс., та максимальним, яке визначається розрядністю (від 8 до 16 розрядів) сітки часових інтервалів щодо частоти опорного генератора. Передбачена робота в одному з двох режимів, рівномірного розподілу випадкових інтервалів або розподілу по Гаусу;

- генерування випадкових амплітуд імпульсів в діапазоні від 0 до 9 В з фіксованою шпаруватістю. Діапазон зміни амплітуд визначається сіткою з 8 - 16 розрядів. Частота зміни амплітуд і тривалість їх утримання визначається типом застосованого ЦАП і установками опорного генератора. Передбачена робота в одному з двох режимів, рівномірного розподілу амплітуд або розподілу по Гаусу;

- формування випадкових амплітуд  по заданому розподілу  і змінною шпаруватістю.

Схема багатофункціонального генератора базується на двох програмованих елементах: програмованій логічній матриці FPGA Cyclone-I (блок реалізації алгоритмів) і мікроконтролері ХMEGA128 (блок управління).

Технічні параметри  FPGA Cyclone-I забезпечують роботу генератора  в наносекундному діапазоні. Управління режимами, попередньою обробкою даних і зв'язком з персональним комп’ютером  здійснюється  мікроконтролером.

Параметри сигналів, які формуються генератором, відповідають вимогам стандарту ядерної електроніки NIM.

Конструктивно генератор реалізовано у вигляді модуля САМАС ширини 1М.