核电子学中的仪器标准.ppt
核电子学中的仪器标准,机械和电气标准：核电子学信号处理设备的插件化、标准化，核电子学仪器在机箱、插件的机械结构、电源标准和信号电平等方面做出了规定。总线标准：现代计算机技术在核电子学系统的应用，实现数据采集和处理系统的标准化，在信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定了标准。,此处只涉及核科学和技术领域的总线技术,核电子学中的仪器和总线标准,NIM(-GPIB)标准：CAMAC标准FASTBUS 标准VME-VXI标准PCI-PXI标准USB标准,最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器,核电子学领域的专业总线，没能在其他领域得到推广,工业界的通用总线，近年来广泛应用于核电子学领域,NIM标准,Nuclear Instrument Module最早提出的核电子学插件化的标准。NIM标准是在计算机大量普及前制定的，因此，一般用于模拟信号处理系统。目前，除了前置放大器之外，所有进行模拟信号处理的设备以及模数变换、计数电路等设备，在国内外也都按NIM标准设计和生产。NIM标准的确立大大提高了核电子学仪器的机械互换性和电气互换性。,NIM机箱和插件结构,电源的标准化,机箱：19英寸宽，7英寸高，可以容纳十二个单倍宽的NIM插件。,NIM信号标准,正逻辑标准：为电压信号，用在中低速逻辑电路（dc到1MHz）。电平标准 输出（必须送出）输入（必须反应）1+4+12 V+3+12 V 0+1-2 V+1.5-2V上升时间 10ns 100ns 宽度 0.11s输入阻抗1k 输出阻抗 10 或50,TTL Logic Signals,Output Input(must deliver)(must respond to)Logic 1+2.4 to+5 V+2 to+5 VLogic 0 0 to+0.4 V 0 to+0.8 V,NIM信号标准,快（负）逻辑标准：为电流信号，流入阻抗为50的负载，用于高速逻辑电路中。电流标准 输出（必须送出）输入（必须反应）1-14-18 mA-12-36 mA 0-1+1mA-4+4 mA上升时间 2ns 10ns，宽度不重要，前沿触发（在ORTEC插件中信号的典型上升时间为2ns）。输入阻抗、输出阻抗 50*由于信号的快上升时间，在负的快逻辑信号处理中必须考虑电缆匹配的问题。,ECL Logic Signals,Output(must deliver)Input(must respond to)High state 0.81 to 0.98 V(-0.9V)0.81 to 1.13 VLow state 1.63 to 1.95 V(-1.8V)1.48 to 1.95 V,NIM信号标准,慢线性信号标准：幅度：01V 或010V；上升时间：50ns；宽度：0.5100s；输入阻抗、输出阻抗无统一标准，现有插件（ORTEC）中一般为输入阻抗1k，输出阻抗一般有两种：前面板为1，后面板93快线性信号标准：幅度：0-1V，0-5V或 0-10V；上升时间：50ns；宽度：1s；输入阻抗50，输出阻抗很大或1。,NIMGPIB标准,为了适应计算机技术的发展，1983年美国 NIM委员会公布了“NIM+数字数据总线标准”即NIMGPIB标准。是NIM仪器的数字化改良，依据这个新标准所生产的插件又叫CCNIM Computer Controlled NIM。计算机通过GPIB总线来控制插件的工作，实现自动化测量和控制。,NIM标准小结,最早的核电子学标准机械标准：机箱和插件电气标准：电源和信号模拟设备标准，数字改良标准NIM+GPIB。但这种CCNIM设备比较少。,随着计算机技术的发展和其在核电子学中的应用，为了实现数据采集和处理系统的标准化，当代的核电子学仪器除了在机箱、插件的机械结构、电源标准和信号电平等方面做出了规定之外，还在信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定了标准。这就是总线标准。,CAMAC标准,Computer Automated Measurement And Control 核电子学仪器中的第一代总线标准 规定了机箱和插件的机械尺寸，供电方式和供电标准外，还在信息传输方式、信号传递的硬件和软件方面也规定了标准。,机械标准、电气标准、总线标准,CAMAC 机箱,数据路：86芯的印制板插座，提供了插件之间的联系，包括电源线、数据线、控制线和状态线。,CAMAC系统的组成,由机箱(Crate)和插件(Plug-in Module)组成，插件又分为一般功能组件(Module)和机箱控制器(Crate Controller)。一般功能插件实现一个独立的功能，用若干个插件可以组合成一个较复杂的系统。机箱控制器用来控制机箱内各插件的动作并提供CAMAC数据路与外部计算机之间的通讯接口功能。,CAMAC系统的组成框图举例,FASTBUS,总线标准向高速度、高度灵活方面发展，因此核电子学仪器又发展了新一代总线-快总线（FASTBUS），数据的速度比CAMAC大约快一个量级。“快总线”插件，电路采用ECL组件，功耗较大，机箱散热成了专门问题。,核科技领域专用总线的退出,CAMAC总线和FASTBUS总线没有在其它领域得到推广，市场很小，因而不仅成本很高，而且兼容性、开放性、可靠性和可维护性等方面都存在问题。当今，在核科学和技术领域多采用工业界的通用总线。,VME计算机总线和在其基础上发展的VMEBus模块化仪器总线PCI计算机外围设备总线和在其基础上发展的PXI模块化仪器总线USB计算机串行总线,工业通用总线在核科技领域的使用,VME总线,面向高性能微处理机M68XXX开发的系统总线，起源于美国MOTOROLA公司。VME（VersaModule Eurocard）总线是一种通用的计算机总线，经过多年的改造升级，基于VME系统的产品遍及了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领域，在核电子和高能物理实验领域也已经广泛应用。1987年推出的VXIbus系统是一种用于模块化仪器的总线系统。VXIbus系统具有模块式结构、高速数传、系统组建及使用灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等诸多优点，得到迅速发展和推广。最大特点：改变了CAMAC和FASTBUS通过控制器对总线进行控制的方式，每个插件都可以对总线进行控制，解决了大量数据输入输出的问题。,VME 机箱,插件化,96芯的插针式插座，提供了插件之间的联系，包括电源线、数据线、控制线和状态线,VME 系统,PCI总线：1993年，Intel公司，外围设备互连总线（Peripheral Component Interconnect-PCI）1997年美国NI公司，PXI模块化仪器总线USB串行总线：1995年，美国多家公司，高性能串行数据总线（Universal Serial Bus-USB）计算机和仪器设备等均配备了USB端口,PCI总线和USB总线,核电子学中的仪器标准总结,NIM(-GPIB)标准：CAMAC标准FASTBUS 标准VME-VXI标准PCI-PXI标准USB标准,最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器,核电子学领域的专业总线，没能在其他领域得到推广,工业界的通用总线，近年来广泛应用于核电子学领域,重点：核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？机械标准、电气标准和总线标准几种典型的标准,仪器的发展,模拟仪器,模数转换出现，数字显示仪器,智能仪器,个人仪器,虚拟仪器,虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。计算机是载体,软件是核心高质量的A/D采集卡及放大器是关键。,网络化仪器,实验课,NaI（Tl）慢计数系统半导体能谱仪系统符合测量系统,
