传统伽马能谱测量系统由探测器、前置放大器、主放电路、脉冲甄别电路、峰值保持电路、ADC采样和微处理器等组成。由于这类模拟多道能谱仪主要采用模拟电路实现，因此系统开发周期长，抗干扰能力弱，受温度影响大，系统灵活性较差，无法解决脉冲堆积、脉冲计数率较低、A/D转换存在死时间等问题[1]。而数字伽马能谱测量系统主要由探测器、前置放大器、主放电路、高速ADC采样电路、FPGA控制部分组成。由于采用高速ADC进行脉冲采样，因此电路不存在死时间，并且能保证在每个有效脉冲宽度内有上百个采样点[2-3]。同时由于采用FPGA作为主控芯片，可以在控制ADC进行高速采集的过程中同步实现数据缓存、脉冲滤波、脉冲成形、幅值分析、能谱计数等功能[4]。系统处理速度快，实时性强，灵活性强，稳定性强，抗干扰能力强，受环境影响较弱，并且系统升级非常方便。

1 数字成形电路设计

1.1 ADC电路设计

本设计选择ADI公司的AD9240，这是一款高精度高速低功耗ADC，采样率为10 MS/s，分辨率为14 bit，采用单电源+5 V供电，最高功耗为285 mW。

ADC驱动电路如图1所示，0~5 V的输入信号通过由运放U1组成的阻抗匹配电路输入到ADC的正向输入管脚，运放U1采用单电源供电。ADC的差分负向输入管脚通过电阻RS接入参考电压输出管脚。参考电压选择管脚接地，即选择芯片内部参考电压。

本文中的FPGA采用Altera公司的EP3C25Q24芯片，此芯片逻辑块总数为24 624个,内部存储区空间为608 256 bit，I/O口为149个，内含132个9位乘法器和4个锁相环（PLL），内核采用1.2 V供电。

本系统采用Altera公司推出的QuartusII软件，利用VerilogHDL语言完成设计。通过逻辑框图的形式实现内部各子模块间的电气连接，

由于FPGA无法进行大规模数学运算，因此，在本文中采用算法相对简单、乘除法运算次数相对较少的递归法进行数字脉冲处理。

设计过程中，首先通过FPGA与高速ADC实现示波器的功能，即实现原始脉冲信号的在线采集,如图3所示，并保存到数据文件。然后对采集到的脉冲数据进行MATLAB仿真处理，得到图4所示的结果。

由图4可以看出，该梯形成形算法除了能进行脉冲成形外，还具有低通滤波和对脉冲信号判弃的功能。在本文中将PC机中的脉冲数据文件导入到FPGA创建的RAM里面，并通过梯形成形模块对原始脉冲进行成形滤波处理如图5。

图6所示为幅值分析模块，实现梯形成形算法后对脉冲峰值的提取和对非脉冲峰值的判弃。同时幅值分析模块还实现输出双口RAM调度时钟的功能。

2 电路测试

利用本电路分别配合NaI探测器，测137Cs+241Am源，获得了谱线图，并通过测试窗口显示出来，如图7所示。

本文针对γ射线测量领域中的高速数字化能谱测量系统，以FPGA作为主控芯片，采用高速ADC进行实时采样，实现核信号的高速采集与分析处理。选择数字梯形成形滤波算法，既能实现脉冲抗堆积，又能实现数字滤波等功能。本文设计过程中查阅大量中英文资料，进行过多次软件仿真与系统测试，最终得到了较理想的效果。

参考文献

[1] 周建斌． 通用型低能高灵敏X荧光分析仪的研制[D].成都：成都理工大学，2008.

[2] 王敏．数字核能谱测量系统中滤波与成形技术研究[D].成都：成都理工大学，2012.

[3] 肖无云,魏义祥,艾宪芸. 数字化多道脉冲幅度分析中的梯形成形算法[J].清华大学学报(自然科学版),2005,45(6):810-812.

[4] ORITA T, TAKAHASHI H. A new pulse width signal processing with delay-line and non-linear circuit(for ToT)[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.(2011) S24-S27.