X射线-行李扫描仪内核系统解剖

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X射线行李扫描仪，想必大家并不陌生了，在车站、机场已经成了一种必备设施。X射线检查常用于行李的安检扫描，例如机场的托运和手提行李检查。由于在生活中常见，所以我们对它的外部构造并不陌生，像电机、触摸盘、RS-232等等，这次主要针对其内部-内核进行分析…
           
          X射线行李扫描仪原理：
          当待验物品须经过X射线辐射，穿过物品却未被吸收的辐射将被收集在影像探测器（通常为光电二极管）面阵上，这些探测器输出需要特殊信号调节的超低电平电流，并且需要高分辨率数据转换器来达到必需的分辨率以正确显现被扫描的物品。此信号调节有时包含在单片数据采集解决方案中，正如精密模数转换器 (ADC) 附带电流-至-电压 (I-to-V) 转换的情况一样。其它时候，离散的极低电流/噪声前端放大器测量并放大影像探测器面阵的输出电流，然后驱动独立的电压输入ADC…
           
          X射线行李扫描仪框图：

       

         

          内核系统包括：
        一、DSP处理器
        DSP 处理器可用于成像重构，利用影像探测器面阵接收的信号生成扫描物品的图像
           
          ① 高性能单核DSP：
        TMS320C6452: 最高性能的定点数字信号处理器
        一款C64x+ DSP，在900MHz的时钟速率具有高达72亿每秒（MIPS）的指令性能，DSP内核具有高速控制器的操作灵活性和阵列处理器的数值能力。同时该器件还具有专用硬件逻辑，片上存储器和额外的片上外设类似于其他C6000 DSP平台的设备。核心采用了两级缓存的架构，具有可编程中断/事件生成模式，复用等外设…
           
          特性：
        1．具有1000 Mbps以太网交换机子系统与管理数据输入/输出（MDIO）模块和两个SGMII端口
        2．具有32位33/66MHz，3.3 V外设组件互连（PCI）主/从接口，符合PCI2.3规范
        3． 具有增强型直接存储器存取控制器、4个64位通用定时器和多通道音频串行端口
        ② 多核DSP
          TMS320C6474: 多核数字信号处理器
        基于第三代高性能，先进的VelociTI™德州仪器开发的超长指令字（VLIW）架构
        ③ ARM9，可编程DSP
          TMS320DM6446: 达芬奇数字媒体片上系统
        充分利用了TI的DaVinci™技术，以满足下一代嵌入式设备的网络媒体编码和解码应用处理的需求
           
          二、放大器
        将用于ADC的影像探测器面阵的低至中频信号放大需要采用超低电流和噪声放大器。这些通常是实现所需的宽动态范围的限幅组件。由于信号幅度各有不同，通常需要一个低噪声的互阻抗放大器 (TIA)
         
        ① 低噪声放大器
        OPA211: 低噪声、低功耗，精密运算放大器
        该系列的精密运算放大器，实现了3.6毫安的电源电流及非常低的噪声密度。同时还提供轨到轨输出摆幅，从而最大限度地提高动态范围。由于其可以提供700ns的建立时间，以16位精度在整个10V输出摆幅。结合仅125μV的失调和0.35μV/℃温度漂移，使得其适用于驱动高精度的16位ADC或缓冲的高分辨率输出DAC…
         
        特性：
        1. 极低的电压和低电流噪声，高速和宽输出摆幅，使这些器件在PLL的环路滤波器的放大器应用中成了最佳选择
        2. ±2.25V至±18V，+4.5V至+36V的宽电源电压范围
        3. 可在小型DFN-8（采用3mm x 3mm）和MSOP-8和SO-8封装
           
          ② 全差分放大器
        THS4130：具有关断功能的全差动输入/输出低噪声放大器
         
        ③ 电压反馈放大器
        OPA2835(中文资料)：双路、超低功耗、轨至轨输出、负轨输入、VFB 放大器
           
          三、转换器
        ① Δ-Σ类型的ADC通常具有集成电流-至-电压 (I-to-V) 转换，可用于将低电平电流转换为被计算元件处理的数据信息。
        ② 当单独的前端放大器提供电流-至-电压 (I-to-V) 转换时，通常需要使用电压输入ADC。
        ③ 同时DAC是阵列最常用的的创建基础
          接收ADC
        ADS5263(中文资料): 四通道16 位、100MSPS 84.6dB SNR ADC
        这款器件使用CMOS工艺技术和创新型电路技术，被设计用来在低功耗下运行，并且在4 Vpp满量程输入时提供极高的SNR性能。同时包括一个平均模式，在此模式中，可将两个通道（或四个通道）平均来改进SNR。可以实现输入通道和LVDS输出引脚间灵活映射的可编程映射器模块。这有助于大大减少LVDS输出路径选择的复杂程度，并且有可能通过减少印刷电路板的层数来获得更加廉价的系统电路板…
         
        特性：
        1. 有一个14位低功耗模式，在这个模式下，此器件运行为一个四通道14位ADC。与16位模式相比，此部件的能耗大约为一半
        2. ADC 输入通道与低压差分信令 (LVDS) 输出引脚间的可编程映射 - 简化了电路板设计
        3. 多种测试模式以验证现场可编程栅极阵列 (FPGA) /接收器的数据捕捉
           
          四、电源管理
        供采集系统用于控制系统电源
        ① DC / DC控制器（外部开关）
        TPS40054: 宽输入 (8V-40V) 最高频率 1MHz 的同步降压控制器，仅用作源控制器
        该器件属于高电压，宽输入（8 V至40 V），同步，降压控制器系列，提供了设计的灵活性与多种用户可编程功能，包括软启动，欠压锁定，工作频率，电压前馈，高边电流限制和环路补偿。同时采用电压前馈控制技术，在宽输入电压范围可以提供良好的行规，并快速响应输入线瞬变…
         
        特性：
        1. 近乎恒定的调制器的增益随输入的变化简化了环路补偿
        2. 内置栅极驱动器输出的高侧和同步N沟道MOSFET及可编程的高侧检测短路保护…
        3. 可编程固定频率高达1 MHz的电压模式控制器
           
          ② 监控电路（电压监控器）
          TPS3103E12: 超低电源电流/电源电压监控电路
         
        ③ 降压型稳压器
          TPS54310: 具有可调节输出电压的低输入电压 3A 同步降压转换器
           
          五、温度传感器
        通常系统中会有多个通道，导致系统中的环境温度升高，从而就需要风扇控制的冷却
        ① 温度监控和风扇控制
        AMC6821: 温度监控和风扇控制
        一款智能温度监控器和脉冲宽度调制（PWM）风扇控制器。专为那些需要主动散热系统的噪音敏感或功耗敏感的应用。使用一个低频或高频的PWM信号，该装置能够同时驱动一风扇，监视远程传感器二极管的温度，并测量和控制风机的转速，使之以尽可能低的速度与最小的噪音操作…
         
        特性：
        1. 一种智能化自动温度-风扇模式，无需CPU干预的独立设备运行;风扇可以继续被控制（基于温度测量），即使在CPU或系统锁定
        2. 调节PWM输出保持一致的风扇转速在一个用户指定的目标值，即，该装置作为一个风扇速度调节器
        3. PWM频率：10Hz至40kHz及0％至100％的占空比、自动风扇速度控制回路
           
          ② 温度传感器
        TMP421：采用 SOT23-8 封装的 ±1°C 远程和本地温度传感器
           
          如今，X射线行李扫描仪已经成了生活常见、保障交通安全、消除安全隐患的必备装置，其功能也越来越全面，性能也越来越完善，为了迎合科技的潮流，也正向着智能的趋势发展，说不定在不久的将来全新的智能行李扫描仪将亮相于车站或机场……
           
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