高纯锗探测器是一种常用的核辐射探测器,将探测到的射线转化成电脉冲信号,虽然探测效率不高,但它有很高的能量分辨率,在X射线和γ射线探测过程中起到了重要的作用。脉冲幅度分析仪对探测器输出的脉冲信号进行收集、提取脉冲幅度和到达时间,是核辐射能谱测量中必不可少的工具。传统的双道脉冲幅度分析仪受限于ADC的分辨率和转换速度,要采用模拟方法对脉冲信号进行整形放大,导致了脉冲幅度分析仪存在电路噪声大、脉冲计数率低、反应时间慢等缺点。随着电子器件性能的不断提高,本文设计了一种全数字双通道脉冲幅度分析仪,采用了高速高精度ADC技术,避免了模拟信号整形过程,减少了电路噪声,提高了脉冲计数率,减小了系统死时间。针对每路通道,本文设计了快慢两种脉冲成形算法。其中慢速脉冲成形包括梯形滤波、基线恢复、堆积识别,用来提取脉冲幅度;快速脉冲成形包括梯形滤波、阈值判别,用来得到脉冲的到达时间。在交互方面,采用千兆网口与能谱分析软件进行数据传输。本研究从项目展开开始,充分调研了国内外的研究现状和专注核测量领域CAEN等公司的产品,经历了测量仪的方案设计、仿真验证、系统设计、参数调试、系统功能和稳定测试的过程。最终研制出高能量分辨率、稳定性强的全数字双通道脉冲幅度分析仪,能够充分发挥出高纯锗探测器的优势。本文主要的工作内容包括:1.高纯锗探测器读出电路的电源设计。设计了低噪声的±24V和±12V电源,给探测器读出电路供电,电源纹波噪声5mV。2.模拟脉冲信号调理电路的设计。包括:前端程控放大电路、程控增益调节电路和ADC差分驱动电路,实现模拟脉冲信号的放大和转换成差分信号。脉冲增益可以通过软件设置,灵活实现能谱的调节和平移。3.全差分模数转换电路的设计。采用TI公司的105M、14Bit模数转换芯片ADS5424,保证了系统的速度和精度。4.基于FPGA的脉冲信号处理方案。系统采用FPGA处理架构,结构简单、可编程性强,主要实现脉冲幅度提取和脉冲到达时间等算法。5.千兆网高速数据传输电路的设计。为了保证能谱数据传输和交互的速度,采用以太网物理层芯片KSZ902RN实现125MB/s的传输速度,芯片通过RGMII接口与FPGA通信,采用UDP协议进行传输。对系统指标进行测试:模拟电路带宽为20MHz,增益波动0.1。系统的线性度为0.9979,最大脉冲计数率为800Kcpc。对能谱测量,两通道的全能峰能量分辨率分别为0.24%和0.25%(²²Na放射源)。对正电子符合多普勒展宽谱测量,二维符合图谱正常展宽,符合谱峰谷比为10⁴:1。对稳定性进行测量,连续8小时内统计能谱峰位,测得峰位没有偏移,系统的稳定性良好。