| 872 |
kaklik |
1 |
\documentclass[12pt]{article}
|
|
|
2 |
\usepackage{czech}
|
|
|
3 |
\usepackage{array}
|
|
|
4 |
\usepackage{times}
|
|
|
5 |
\usepackage{graphicx}
|
|
|
6 |
\usepackage{color}
|
|
|
7 |
|
|
|
8 |
\usepackage[pdftex]{graphicx}
|
|
|
9 |
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
|
|
|
10 |
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
|
|
|
11 |
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
|
|
|
12 |
\usepackage{rotating}
|
|
|
13 |
|
|
|
14 |
|
|
|
15 |
\textheight 230.0mm
|
|
|
16 |
\textwidth 155.0mm
|
|
|
17 |
%\topmargin 0.0mm
|
|
|
18 |
\topmargin -20.0mm
|
|
|
19 |
\oddsidemargin 0.0mm
|
|
|
20 |
\parindent 0.0mm
|
|
|
21 |
\renewcommand{\baselinestretch}{1.0}
|
|
|
22 |
|
|
|
23 |
\newcommand{\vsp}[1]{\vspace{#1mm}}
|
|
|
24 |
|
|
|
25 |
\begin{document}
|
|
|
26 |
|
|
|
27 |
\thispagestyle{empty}
|
|
|
28 |
|
|
|
29 |
\begin{center}
|
|
|
30 |
\extrarowheight 1.5ex
|
|
|
31 |
\begin{tabular}{c}
|
|
|
32 |
\textbf{\Large České vysoké učení technické v Praze} \\
|
|
|
33 |
\textbf{\Large Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská} \\
|
|
|
34 |
\textbf{\Large Katedra fyzikální elektroniky}
|
|
|
35 |
\end{tabular}
|
|
|
36 |
\vsp{60}
|
|
|
37 |
|
|
|
38 |
\textbf{\Huge Modul pro Time Correlated Photon Counting}
|
|
|
39 |
\bigskip
|
|
|
40 |
|
|
|
41 |
{\Large Ročníková práce}
|
|
|
42 |
\end{center}
|
|
|
43 |
\vfill
|
|
|
44 |
|
|
|
45 |
\extrarowheight 0.75ex
|
|
|
46 |
\begin{tabular}{>{\large}l>{\large}l}
|
|
|
47 |
Autor páce: & \textbf{Jakub Kákona} \\
|
|
|
48 |
Školitel: & Ing. Jan Kodet \\
|
|
|
49 |
Konzultant: & Prof. Ing. Ivan Procházka, DrSc. \\
|
|
|
50 |
Školní rok: & \textbf{2010/2011}
|
|
|
51 |
\end{tabular}
|
|
|
52 |
\vsp{0}
|
|
|
53 |
|
|
|
54 |
\pagebreak
|
|
|
55 |
|
|
|
56 |
\mbox{}
|
|
|
57 |
\vfill
|
|
|
58 |
|
|
|
59 |
Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem
|
|
|
60 |
uvedl veškerou použitou literaturu.
|
|
|
61 |
\vsp{10}
|
|
|
62 |
|
|
|
63 |
\noindent
|
|
|
64 |
\quad \hfill \textcolor{red}{\small Podpis studenta} \qquad \\
|
|
|
65 |
Praha, xx.xx.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad
|
|
|
66 |
\par
|
|
|
67 |
\vsp{5}
|
|
|
68 |
|
|
|
69 |
\pagebreak
|
|
|
70 |
|
|
|
71 |
\tableofcontents
|
|
|
72 |
|
|
|
73 |
\section{Zadání práce}
|
|
|
74 |
|
|
|
75 |
Předmětem této práce je návrh konstrukce přístroje určeného k měření krátkých časových intervalů vázaných s elektrickými signály.
|
|
|
76 |
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.
|
|
|
77 |
|
|
|
78 |
\subsection{Časově digitální převodník (TDC)}
|
|
|
79 |
|
|
|
80 |
|
|
|
81 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
82 |
\begin{center}
|
|
|
83 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_principle2.png}
|
|
|
84 |
\caption{Ideové schéma měřící jednotky TDC}
|
|
|
85 |
\end{center}
|
|
|
86 |
\end{figure}
|
|
|
87 |
|
|
|
88 |
|
|
|
89 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
90 |
\begin{center}
|
|
|
91 |
\includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_principle.png}
|
|
|
92 |
\caption{Způsob přesného měření delších časových úseků}
|
|
|
93 |
\end{center}
|
|
|
94 |
\end{figure}
|
|
|
95 |
|
|
|
96 |
\section{Realizace}
|
|
|
97 |
|
|
|
98 |
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.
|
|
|
99 |
|
|
|
100 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
101 |
\begin{center}
|
|
|
102 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/blokove_schema.png}
|
|
|
103 |
\caption{Ideové schéma cílového zařízení}
|
|
|
104 |
\end{center}
|
|
|
105 |
\end{figure}
|
|
|
106 |
|
|
|
107 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
108 |
\begin{center}
|
|
|
109 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_block.png}
|
|
|
110 |
\caption{Blokové schéma čipu TDC-GP2}
|
|
|
111 |
\end{center}
|
|
|
112 |
\end{figure}
|
|
|
113 |
|
|
|
114 |
\subsection{Testovací prototypy}
|
|
|
115 |
|
|
|
116 |
Pro otestování funkčnosti zvoleného čipu byly sestaveny dva testovací prototypy, které se liší, především komunikační architekturou a způsobem generování testovacích impulzů.
|
|
|
117 |
|
|
|
118 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
119 |
\begin{center}
|
|
|
120 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp1.jpg}
|
|
|
121 |
\caption{1. testovací prototyp}
|
|
|
122 |
\end{center}
|
|
|
123 |
\end{figure}
|
|
|
124 |
|
|
|
125 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
126 |
\begin{center}
|
|
|
127 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp2.jpg}
|
|
|
128 |
\caption{2. testovací prototyp}
|
|
|
129 |
\end{center}
|
|
|
130 |
\end{figure}
|
|
|
131 |
|
|
|
132 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
133 |
\begin{center}
|
|
|
134 |
\includegraphics[width=100mm]{./img/prototype2.png}
|
|
|
135 |
\caption{Způsob propojení modulů 2. prototypu}
|
|
|
136 |
\end{center}
|
|
|
137 |
\end{figure}
|
|
|
138 |
|
|
|
139 |
|
|
|
140 |
\subsection{Hardware}
|
|
|
141 |
|
|
|
142 |
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.
|
|
|
143 |
|
|
|
144 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
145 |
\begin{center}
|
|
|
146 |
\includegraphics[width=150mm]{./img/GP2_PCB.png}
|
|
|
147 |
\caption{Návrh plošného spoje modulu GP201A}
|
|
|
148 |
\end{center}
|
|
|
149 |
\end{figure}
|
|
|
150 |
|
|
|
151 |
|
|
|
152 |
\subsubsection{Kalibrační oscilátor}
|
|
|
153 |
|
|
|
154 |
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.
|
|
|
155 |
|
|
|
156 |
Při návrhu konstrukce prototypu bylo vybíráno z celé řady oscilátorů [viz příloha] a hodnoceny jejich parametry; cena, stabilita a dostupnost.
|
|
|
157 |
|
|
|
158 |
\subsection{Software}
|
|
|
159 |
|
|
|
160 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
161 |
\begin{center}
|
|
|
162 |
\includegraphics[width=100mm]{./img/program.png}
|
|
|
163 |
\caption{Hlavní programová smyčka řídícího mikrokontroléru PIC16F887 }
|
|
|
164 |
\end{center}
|
|
|
165 |
\end{figure}
|
|
|
166 |
|
|
|
167 |
Programová smyčka řídícího mikrokontroléru je navržena tak, aby umožnila realizovat oba měřící režimy TDC čipu.
|
|
|
168 |
|
|
|
169 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
170 |
\begin{center}
|
|
|
171 |
\includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode1.png}
|
|
|
172 |
\caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 1.}
|
|
|
173 |
\end{center}
|
|
|
174 |
\end{figure}
|
|
|
175 |
|
|
|
176 |
\begin{figure}[htbp]
|
|
|
177 |
\begin{center}
|
|
|
178 |
\includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode2.png}
|
|
|
179 |
\caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 2.}
|
|
|
180 |
\end{center}
|
|
|
181 |
\end{figure}
|
|
|
182 |
|
|
|
183 |
|
|
|
184 |
\section{Výsledky}
|
|
|
185 |
|
|
|
186 |
\subsection{Použití}
|
|
|
187 |
|
|
|
188 |
|
|
|
189 |
\subsection{Možnosti dalšího vývoje}
|
|
|
190 |
|
|
|
191 |
\subsubsection{Komunikační protokol}
|
|
|
192 |
|
|
|
193 |
\subsubsection{Speciální zpracování rychlých vstupních a výstupních signálů}
|
|
|
194 |
|
|
|
195 |
\section{Závěr}
|
|
|
196 |
|
|
|
197 |
|
|
|
198 |
%\pagebreak
|
|
|
199 |
%\listoffigures
|
|
|
200 |
|
|
|
201 |
\pagebreak
|
|
|
202 |
|
|
|
203 |
\begin{thebibliography}{99}
|
|
|
204 |
\bibitem{}
|
|
|
205 |
\end{thebibliography}
|
|
|
206 |
|
|
|
207 |
\end{document}
|