| 0,0 → 1,207 |
|---|
| \documentclass[12pt]{article} |
| \usepackage{czech} |
| \usepackage{array} |
| \usepackage{times} |
| \usepackage{graphicx} |
| \usepackage{color} |
| |
| \usepackage[pdftex]{graphicx} |
| \usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce |
| \usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8 |
| \usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů |
| \usepackage{rotating} |
| |
| |
| \textheight 230.0mm |
| \textwidth 155.0mm |
| %\topmargin 0.0mm |
| \topmargin -20.0mm |
| \oddsidemargin 0.0mm |
| \parindent 0.0mm |
| \renewcommand{\baselinestretch}{1.0} |
| |
| \newcommand{\vsp}[1]{\vspace{#1mm}} |
| |
| \begin{document} |
| |
| \thispagestyle{empty} |
| |
| \begin{center} |
| \extrarowheight 1.5ex |
| \begin{tabular}{c} |
| \textbf{\Large České vysoké učení technické v Praze} \\ |
| \textbf{\Large Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská} \\ |
| \textbf{\Large Katedra fyzikální elektroniky} |
| \end{tabular} |
| \vsp{60} |
| |
| \textbf{\Huge Modul pro Time Correlated Photon Counting} |
| \bigskip |
| |
| {\Large Ročníková práce} |
| \end{center} |
| \vfill |
| |
| \extrarowheight 0.75ex |
| \begin{tabular}{>{\large}l>{\large}l} |
| Autor páce: & \textbf{Jakub Kákona} \\ |
| Školitel: & Ing. Jan Kodet \\ |
| Konzultant: & Prof. Ing. Ivan Procházka, DrSc. \\ |
| Školní rok: & \textbf{2010/2011} |
| \end{tabular} |
| \vsp{0} |
| |
| \pagebreak |
| |
| \mbox{} |
| \vfill |
| |
| Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem |
| uvedl veškerou použitou literaturu. |
| \vsp{10} |
| |
| \noindent |
| \quad \hfill \textcolor{red}{\small Podpis studenta} \qquad \\ |
| Praha, xx.xx.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad |
| \par |
| \vsp{5} |
| |
| \pagebreak |
| |
| \tableofcontents |
| |
| \section{Zadání práce} |
| |
| Předmětem této práce je návrh konstrukce přístroje určeného k měření krátkých časových intervalů vázaných s elektrickými signály. |
| Krátkým časovým intervalem se v tomto případě rozumí řádově desítky piko sekund až jednotky mikrosekund. Od přístroje je obvykle vyžadováno velké časové rozlišení ~65ps. Přístroj tohoto typu má široké uplatnění v medicíně průmyslu, kosmickém výzkumu a v experimentálních přístrojích fyziky vysokých energií. |
| |
| \subsection{Časově digitální převodník (TDC)} |
| |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_principle2.png} |
| \caption{Ideové schéma měřící jednotky TDC} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_principle.png} |
| \caption{Způsob přesného měření delších časových úseků} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \section{Realizace} |
| |
| Pro konstrukci přístroje byl zvolen čip TDC-GP2 od firmy Acam. Tento integrovaný obvod využívá k měření krátkých časových intervalů řetězově zapojených hradel. Podle počtu překlopených hradel mezi pulzy START a STOP je pak možné určit délku časového intervalu. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/blokove_schema.png} |
| \caption{Ideové schéma cílového zařízení} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_block.png} |
| \caption{Blokové schéma čipu TDC-GP2} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \subsection{Testovací prototypy} |
| |
| Pro otestování funkčnosti zvoleného čipu byly sestaveny dva testovací prototypy, které se liší, především komunikační architekturou a způsobem generování testovacích impulzů. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp1.jpg} |
| \caption{1. testovací prototyp} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp2.jpg} |
| \caption{2. testovací prototyp} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{./img/prototype2.png} |
| \caption{Způsob propojení modulů 2. prototypu} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \subsection{Hardware} |
| |
| Pro realizaci experimentálního zařízení bylo s výhodou využito stávajícího elektronického vývojového systému MLAB, který byl pro účely realizace měřícího zařízení obohacen o nový modul GP201A, který obsahuje čip TDC-GP2. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/GP2_PCB.png} |
| \caption{Návrh plošného spoje modulu GP201A} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \subsubsection{Kalibrační oscilátor} |
| |
| Princip měření čipu TDC-GP2 je ze své podstaty závislý na mnoha dalších proměnných (Rychlost překlápění hradel se mění například s teplotou a napájecím napětím) a proto je třeba měřící řetězec soustavně a systematicky kalibrovat. K tomu slouží externí oscilátor o kterém se předpokládá, že má stabilní periodu. Měřící řetězec TDC čipu se pak použije ke změření periody oscilátoru a je jej pak možné kalibrovat za předpokladu, že výstupní digitální hodnota z měřícího řetězce je lineární funkcí času. |
| |
| Při návrhu konstrukce prototypu bylo vybíráno z celé řady oscilátorů [viz příloha] a hodnoceny jejich parametry; cena, stabilita a dostupnost. |
| |
| \subsection{Software} |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{./img/program.png} |
| \caption{Hlavní programová smyčka řídícího mikrokontroléru PIC16F887 } |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| Programová smyčka řídícího mikrokontroléru je navržena tak, aby umožnila realizovat oba měřící režimy TDC čipu. |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode1.png} |
| \caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 1.} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure}[htbp] |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode2.png} |
| \caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 2.} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \section{Výsledky} |
| |
| \subsection{Použití} |
| |
| |
| \subsection{Možnosti dalšího vývoje} |
| |
| \subsubsection{Komunikační protokol} |
| |
| \subsubsection{Speciální zpracování rychlých vstupních a výstupních signálů} |
| |
| \section{Závěr} |
| |
| |
| %\pagebreak |
| %\listoffigures |
| |
| \pagebreak |
| |
| \begin{thebibliography}{99} |
| \bibitem{} |
| \end{thebibliography} |
| |
| \end{document} |