CPLD在在线核检测仪表中应用.pdfVIP

中国核科学技术进展报告（第一卷） 核技术工业应用分卷 Progress Report on China Nuclear Science Technology （Vol.1 ） 2009 年11 月 CPLD 在在线核检测仪表中的应用 尹毅强，尹德有，龚亚林，尚庆敏，肖宪东，周洪军，于海明 （丹东东方测控技术有限公司，辽宁丹东 118002） 摘要：核脉冲信号的幅度分析是在线核检测仪表的一个重要功能单元，它需要高速可靠的专用逻辑电路为其服务， 以便除去信号堆叠、过载、仪表检测死时间等对能谱测量带来的不利影响。为了提高在线核检测仪表的检测性能， 仪表中采用了复杂可编程逻辑器件 CPLD 来实现活时间补偿、过载检测、信号堆叠抑制等逻辑功能电路。将 CPLD 电路和多个单道测谱方式应用在矿石品位在线核检测仪表上，高速准确的将堆叠、过载的信号剔除并对测量死时间 进行了准确的补偿，可靠地实现了上述电路功能，极大地提高了核仪表的检测精度。 关键词：在线核检测仪表；信号堆叠检测；CPLD ；多单道测谱 近年来核探测技术在工业中的应用越来越广泛，它已经渗透到各个工业领域。当今世界的工业 核仪器正在飞速发展，一些发达国家工业核仪器的年产值已经超过了 100 亿美元。近几年我国进口 的大型自动化生产线中全都采用了大量的核检测仪表。目前全球的经济高速发展，对各种金属矿产 资源的需求越来越大，金属矿山产业也进入高速发展阶段。在金属矿山企业的日常生产过程中急需 一种能够对矿石和矿粉的品位进行实时在线检测的仪表，以便对生产进行有效的指导。矿石品位在 线核检测仪是一种能够对矿石和矿粉的铁品位进行实时在线检测的核检测仪表。仪表的工作原理是 高能γ 射线照射到矿石上，产生湮没辐射光子和散射光子，湮没辐射光子的产生几率和矿石的品位 相关。探测器中的晶体接收到γ 射线，产生荧光，在光电倍增管的光阴极上转换成电子束；光电倍 增管在高压电源的电场作用下，产生电子倍增效应，最后在阳极生成电压脉冲，经前置放大器放大， 输出，进入主机。主机中的主放大器对射线脉冲再一次进行放大成型，进入脉冲鉴别及幅度分析器 [1] 。主机通过获取的射线能谱数据和探测器温度、高压等其他信息来进行矿石品位计算和仪表运行 控制。 1 采用CPLD 进行设计的原因 为了保证在线检测对实时性的要求，仪表中的脉冲鉴别及幅度分析器等都需要高速可靠的逻辑 电路为其服务，在现有的核仪表电路中（包括国外很多先进的核检测仪表）通常采用众多的小规模 数字集成电路搭建而成，存在电路规模较大、时序及定时不够准确、电路处理速度较慢、无法实现 较复杂的逻辑、调整和电路升级不便，必威体育官网网址性差等问题。为解决上述问题，在本设计中采用 CPLD 设计技术，采用VerilogHDL 硬件编程语言[2] ，所有的逻辑处理及相关逻辑控制电路均在一片Altera 公司的EPM7160SLC 芯片内部实现。Altera 公司是20 世纪90 年代以来发展较快的PLD 生产厂家， 在激烈的市场竞争中，凭借其雄厚的技术实力，独特的设计构思和功能齐全的芯片系列，挤身于世 界最大的可编程逻辑器件供应商之列。Altera 公司的PLD 分为CPLD 和FPGA 两类：CPLD 器件逻 辑单元大，分解组合能力很强，一个单元可以分解成数十个组合逻辑，因此其产品较适合设计复杂 组合逻辑和控制电路；FPGA 器件逻辑单元小，有较多的触发器，适合用来设计需要大量触发器的 算法级逻辑电路。 作者简介：尹毅强（1971—），男，山东省莒县人，高级工程师，学士,电子 61 通常，完成相同功能的逻辑电路用FPGA 来实现起来更为容易一些，因为FPGA 内部的资源通 常远高于CPLD，但是在本仪表中CPLD 更为适用。原因之一是CPLD 中的逻辑单元是大单元，其 变量数可以多达二十几个，采用 PAL （即乘积项）结构。由于这样的单元功能强大，一般的逻辑在 单元内均可实现，因而其互连关系简单，通过总线即可实现。电路的延时通常就是逻辑单元本身和 总线的延时（在数纳秒到十几纳秒之间），CPLD 较适合控制器等逻辑型系统，这种系统的逻辑关系 复杂，输入变量多，电路延时可预测，对电路在高速时钟下运行