濱松PD模塊使用手冊(cè)

1、北京濱松光子技術(shù)股份有限公司新產(chǎn)品開發(fā)試作部PD陣列模塊使用手冊(cè)一、概述X射線入射到閃爍體中并被吸收后產(chǎn)生可見光，PD （光電二極管）吸收這些光后產(chǎn)生光電流，通過對(duì) PD的1 t+T電流進(jìn)行積分，V二-J idt，其中C是積分電容，T是積分時(shí)間，然后對(duì)積分所得電壓進(jìn)行A/D變換就得到了反映入射X射線強(qiáng)度的數(shù)字化結(jié)果。對(duì)每個(gè)PD通道，有兩套獨(dú)立的積分電路和一個(gè)A/D變換電路，兩套積分電路可以交替進(jìn)行積分、保持、復(fù)位的動(dòng)作。如下圖一所示，其中一套積分電路第（n-1）次積分結(jié)束時(shí)，另一套積分電路同時(shí)開始了第n次的積分；積分結(jié)束的電路將保持結(jié)果電壓直到（n-1）次積分的A/D變換完成，然后該套電路將進(jìn)

2、行復(fù)位以準(zhǔn)備（n+1）次的積分；A/D變換結(jié)束后PD板上的所有數(shù)據(jù)通過串行移位的方式以一個(gè)串行數(shù)據(jù)流的方式輸出。每次A/D變換所需的時(shí)間是 0.5mS,因此最短的積分時(shí)間是 （0.5mS+數(shù)據(jù)輸出所需的時(shí)間）， 數(shù)據(jù)輸出所需的時(shí)間將在下文中說明。同時(shí)每個(gè)PD模塊還接收一個(gè)串行數(shù)據(jù)流的輸入，與模塊上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)構(gòu)成同一個(gè)串行移位數(shù)據(jù)流，即每輸出一位數(shù)據(jù)，就從輸入數(shù)據(jù)流中鎖存一位數(shù)據(jù)。第（n-1）次積分結(jié)束并啟 動(dòng)A/D變換，第n次積 分開始第n次積分結(jié)束并啟動(dòng)A/D變換，第（n+1 ）次積分開始圖一積分脈沖、模塊接口端子每快PD模塊有三個(gè)插座，分別是電源插座、上行插座、下行插座，見下表端子排信號(hào)名

3、稱電源插座POWERGND上行插座CONV+CONV-DOUT+DOUT-下行插座CONV+CONV-DIN+DIN-表一接口端子1、電源插座多個(gè)PD模塊的電源插座可以以并行的方式接到電源總線上。額定輸入電壓為直流5.59V,對(duì)于4組雙能PD （高低能各64路，一共128路）額定電流為 340mA ; 2組雙能PD （高低能各32路，一共64 路）額定電流為220mA。注意：這個(gè)范圍內(nèi)的電源輸入PD模塊均可正常工作，但是模塊內(nèi)的電源采用的是線性電源，因此其需要的電流基本不隨輸入電壓而改變，而其消耗的功率則隨電壓的增大而增加（這些增加功率將轉(zhuǎn)化為PD模塊的發(fā)熱）。電源總線上能連接的 PD板的數(shù)量

4、取決于供電電壓及所用的導(dǎo)線，因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)PD模塊，電源總線上的電流就會(huì)增大從而引起總線上的壓降，只要保證所有的PD模塊的實(shí)際輸入電壓都在 5.59V的范圍即可。2、上行插座和下行插座上行插座包含了控制和數(shù)據(jù)輸出兩個(gè)信號(hào)，對(duì)PD模塊而言，控制是輸入信號(hào)，而數(shù)據(jù)是輸出信號(hào)。下行插座中包含了控制和數(shù)據(jù)輸入兩個(gè)信號(hào)。上行插座中和下行插座中的控制信號(hào)是并聯(lián)的，都來自采集板，在 PD模塊上僅僅是把它們連接在一起。這些信號(hào)均是RS422標(biāo)準(zhǔn)的差分信號(hào)。三、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)輸出時(shí)序控制信號(hào)是4個(gè)信號(hào)復(fù)用后構(gòu)成的信號(hào)：積分控制信號(hào)、量程和偏置電壓設(shè)置信號(hào)、讀取溫度命令信號(hào)和串行移位數(shù)據(jù)流時(shí)鐘信號(hào)。PD模塊上的C

5、PLD把復(fù)用后的控制信號(hào)通過解復(fù)用還原為4個(gè)信號(hào)，見下圖二。由CONV、Bias_T及Delk信號(hào)復(fù)用為 CTRL信號(hào)的方法如下：Conv=1 時(shí)，CTRL= Conv or Bias_T or （not Delk） ； Conv=0 時(shí)，CTRL=Conv or Delk。圖二控制信號(hào)的構(gòu)成1、積分、A/D轉(zhuǎn)換及結(jié)果輸出對(duì)每個(gè)PD通道的電流積分是不間斷進(jìn)行的，而且所有PD像素的積分是同步進(jìn)行的。CONV信號(hào)的狀態(tài)改變即啟動(dòng)一次新的積分，同時(shí)對(duì)上一次積分結(jié)果進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間是 0.5mS，其結(jié)果是20bit的數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后結(jié)果存于 AD模塊中的串行移位寄存器中，這些

6、結(jié)果可以在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的控制下構(gòu)成一個(gè) 串行數(shù)據(jù)流輸出。只有在數(shù)據(jù)輸出完成后才可以改變CONV的狀態(tài)啟動(dòng)一次新的積分，否則沒有輸出的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。因此一次積分的最短時(shí)間是0.5mS加上數(shù)據(jù)輸出時(shí)間。如上圖所示，CONV改變狀態(tài)后必須經(jīng)過 Ti時(shí)間后采集板才能向 PD板發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘。數(shù)據(jù)輸出時(shí)間取決于數(shù)據(jù)時(shí)鐘的頻率和串聯(lián)的高低能PD像素?cái)?shù)量，如上圖所示，輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間是T2時(shí)間段，具體地 T2=Telk X 20X N，其中Telk是數(shù)據(jù)時(shí)鐘的周期，N是串聯(lián)的PD像素?cái)?shù)量，PD板允許的最高數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率是10MHz，對(duì)應(yīng)的Telk的最小值是O.luS。針對(duì)PD模塊上的像素尺寸為1.575mm,在滿足一

7、般物品機(jī)的需求下， 最小的列掃描時(shí)間約為 1.5mS,在10MHz 的數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率下，可以串接的高低能 PD對(duì)最大數(shù)量為15對(duì)，使用有2組雙能PD的模塊，可串接數(shù)量為7塊。數(shù)據(jù)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)輸出的時(shí)序關(guān)系如下圖三所示。第一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前數(shù)據(jù)輸出已經(jīng)有效，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿一位新的數(shù)據(jù)將被從PD模塊輸出，同時(shí)PD模塊將鎖存下行插座中輸入的一位數(shù)據(jù)，如此把串聯(lián)起來的PD模塊構(gòu)成一個(gè)串行數(shù)據(jù)流輸出。數(shù)據(jù)的建立時(shí)間（圖中的Tsu）的范圍是：20nS<=Tsu<=50nS。每個(gè)PD像素?cái)?shù)據(jù)是從最高位開始，從高位到低位順序輸出20位數(shù)據(jù)，然后是下一個(gè)像素的20位數(shù)據(jù)（一般情況下，使用高16位數(shù)據(jù)

8、即可滿足精度要求）。數(shù)據(jù)時(shí)鐘發(fā)送完畢后將保持為 0'至下一次的數(shù)據(jù)傳輸開始。另外，在使用發(fā)現(xiàn)，由于控制信號(hào)、移位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸出使用的是RS422標(biāo)準(zhǔn)的差分信號(hào)，造成 Data信號(hào)的輸出會(huì)滯后50100nS。所以，采集控制端一般在產(chǎn)生Delk信號(hào)送至PD模塊的同時(shí)，將 Delk信號(hào)經(jīng)過延遲50100nS后的de_Dclk信號(hào)作為讀取 PD模塊輸出的A/D數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)（如經(jīng)過多個(gè) 422的收發(fā)門來進(jìn)行延 遲）。PD模塊中使用的 RS422接收芯片為 DS26LV32A，發(fā)送芯片為 DS26LV31。E>clkData.SecahdbitTsu.Third elk第4頁共5頁北京濱松

9、光子技術(shù)股份有限公司新產(chǎn)品開發(fā)試作部Dcikrlhl rn _rm 一i 0121&17 I®Iz)OOOOOC圖三 移位時(shí)鐘和A/D數(shù)據(jù)輸出的時(shí)序關(guān)系2、控制信號(hào)說明在C0NV=1時(shí)的時(shí)間段上，數(shù)據(jù)采集端可以向 PD模塊發(fā)送偏置電壓的設(shè)置信號(hào)或讀取溫度的命令信號(hào)， 這兩個(gè)信號(hào)就是圖二中的Bias_T信號(hào)。Bias_T信號(hào)采用類似于 UART通訊協(xié)議的辦法來發(fā)送偏置電壓的設(shè)置值和溫度讀取信號(hào)，波特率是1.0MHz，個(gè)起始位，九個(gè)數(shù)據(jù)位。Bias_T的構(gòu)成如圖四所示，起始位是0',后跟9個(gè)數(shù)據(jù)位，發(fā)送完畢后將保持為高電平至下個(gè)邏輯時(shí)序，9個(gè)數(shù)據(jù)位的意義如下表二：模式控制

10、位說明1 Bit仁'0'Bit2到bit9是偏置電壓設(shè)置值，bit2是最高位，bit9為最低位2 Bit仁'1'Bit2= ' 0'此時(shí)，采集端發(fā)出的后 7位數(shù)據(jù)PD模塊不響應(yīng)。PD模塊將以UART協(xié)議形式使 用上行插座的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線發(fā)送13位溫度數(shù)據(jù)，其中第一位是符號(hào)位，后12位數(shù)據(jù)咼位在前。3 Bit仁'1'Bit2= ' 1'bit3、bit4是保留位；bit5是保留位必須為；bit6是A/D芯片狀態(tài)控制位；bit7、 bit8、bit9是模擬輸入量程控制位。表二控制信號(hào)說明圖四 Bias_T信號(hào)的構(gòu)成（1

11、uS）Bias_T信號(hào)和CONV的沿和DCLK時(shí)鐘之間都必須有一個(gè)時(shí)間間隔，如圖二中的T3, T3 > 30uS。在CONV=0時(shí)，不允許發(fā)送 Bias_T信號(hào)。四、偏置電壓的計(jì)算通過采集端發(fā)送至 PD模塊中的8位數(shù)據(jù)（表二，模式一），可以控制全部通道的 PD的偏置電壓，其數(shù)據(jù)和 電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：Vbias=n/255*4.096V（ n為8位無符號(hào)整數(shù)）。五、溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算和接收PD模塊接收到溫度讀取命令后，將把當(dāng)前板上溫度值返回給采集控制端，數(shù)據(jù)格式見表三。請(qǐng)注意，如果多個(gè)PD模塊串接在一起，僅返回連線距離采集控制端最近的PD模塊的溫度值。溫度數(shù)據(jù)的返回使用 PD模塊上行插座中的

12、數(shù)據(jù)信號(hào)線，類似于 UART通訊協(xié)議，波特率1.0MHz，1個(gè)起始位（低電平），13個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)返 回結(jié)束后，信號(hào)線保持高電平至下個(gè)邏輯時(shí)序。采集控制端在發(fā)送完溫度讀取信號(hào)后要關(guān)注數(shù)據(jù)線上的起始位， 及時(shí)接收溫度數(shù)據(jù)。TEMPER/VTURE <°CDIQITAI- OUTPUT (BINARY)150O1OO 1O11 OOCH3 O125OO11 11 10 10OO O25OOOO 11OO 1OOO 0 0625OOOO OOOO OOOO 1OOOOO OOOO OOOO 0-O 0625mi mi tm 1-251111 OO11 1OOO o-5511 IO O

13、1OO 1CXJO o表三溫度數(shù)據(jù)格式五、A/D芯片的狀態(tài)控制PD模塊中提供了 A/D芯片的測(cè)試模式用以檢測(cè)電路，該功能通過采集控制端發(fā)送控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，見表二的模式3，bit6='時(shí)，PD模塊正常工作，對(duì)積分所得電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；bit6='時(shí)，PD模塊進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)，A/D轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)為內(nèi)部地，模塊輸出的數(shù)據(jù)為對(duì)零電位進(jìn)行A/D變換后的輸出值。六、模擬輸入量程控制PD模塊中通過改變積分電容的大小來實(shí)現(xiàn)多個(gè)量程以適應(yīng)不同的輸入，見表二的模式3,其量程選擇見下表四：bit；bitsbit9°F(pF.typ)INPUT IRANGE (PC, typ)0003-0.04 to 12.500112.5-0 2 to 5001025-0.4 to 10001137.5-0,6 to 15010050-0.8 to 200101625-0.1 to 25011075-1.2 to 30011187.5-1.4 to 350表四量程選擇七、PD模塊串接（見下圖五）對(duì)于通道數(shù)相同的 PD模塊，其設(shè)計(jì)上完全一致，即在串接PD模塊以構(gòu)成較長(zhǎng)線陣時(shí)， 各