核電子學(xué)及其進(jìn)展

1、核電子學(xué)方法核電子學(xué)方法第五章第五章時間信息的分析時間信息的分析 第五章第五章 時間信息的分析時間信息的分析 1 概概 述述 2 定時技術(shù)定時技術(shù)3 符合電路符合電路4 時間分析器時間分析器5 脈沖形狀甄別（脈沖形狀甄別（PSD） 結(jié)束結(jié)束 1. 概概 述述時間信息分析所要解決的基本問題時間信息分析所要解決的基本問題 時間信號的檢出時間信號的檢出 返回時間信息分析所要解決的基本問題時間信息分析所要解決的基本問題時間間隔甄別 時間間隔測量 返回時間間隔甄別 時間間隔甄別應(yīng)用實例 時間間隔甄別器的基本功能 返回時間間隔甄別應(yīng)用實例電子正電子對撞實驗中，產(chǎn)生電子正電子對撞實驗中，產(chǎn)生+和和-的事例的

2、事例ee探測器探測器D1和探測器和探測器D2相距有幾十米以上，相距有幾十米以上，對稱排布，用來測定對稱排布，用來測定 子。子。因為因為 +和和 -的動量相等，且對面碰撞，的動量相等，且對面碰撞，根據(jù)動量守恒定律，和飛行方向相反，根據(jù)動量守恒定律，和飛行方向相反，飛行速度近似相同，從對撞點飛出，應(yīng)飛行速度近似相同，從對撞點飛出，應(yīng)幾乎同時分別擊中幾乎同時分別擊中D1和和D2 。隨著擊中隨著擊中D1和和D2 位置不同信號位置不同信號S1和和S2產(chǎn)生時刻發(fā)生差別，如果最大時差值為產(chǎn)生時刻發(fā)生差別，如果最大時差值為5ns，那么，那么S1和和S2時間間隔小于時間間隔小于5ns的事例應(yīng)該是的事例應(yīng)該是 +

3、和和 -事例的事例的的一個的一個“候選候選”條件，這樣可以排斥掉很多本底事件。例如宇宙射線穿過探測器系統(tǒng)條件，這樣可以排斥掉很多本底事件。例如宇宙射線穿過探測器系統(tǒng) ， D1和和D2是先后被擊中，是先后被擊中， S1和和S2的時間間隔將會大于的時間間隔將會大于 5ns，不滿足此，不滿足此“候選候選”條件，條件，應(yīng)該被排斥掉應(yīng)該被排斥掉 。需要用一個時間間隔甄別器來作為事例的選擇需要用一個時間間隔甄別器來作為事例的選擇 。返回 時間間隔甄別器的基本功能N個信號加入它的輸入端為個信號加入它的輸入端為 u1,u2.ui. uN-1,uN，它們分別在，它們分別在 ti（i=1,2N）時刻到達(dá)甄別器的輸

4、）時刻到達(dá)甄別器的輸入端，其中任意一對信號間的時間差入端，其中任意一對信號間的時間差都滿足：都滿足： - 1 titj 0） 在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出 ，只要有任意一對信號不滿足上述條件，只要有任意一對信號不滿足上述條件，將不產(chǎn)生輸出。將不產(chǎn)生輸出。經(jīng)常遇到的情況是處理二個輸入信號的符合電路，稱為二重符合電路。二個輸經(jīng)常遇到的情況是處理二個輸入信號的符合電路，稱為二重符合電路。二個輸入信號到達(dá)的時間分別為入信號到達(dá)的時間分別為t1和和t2 ，若滿足，若滿足 - 1 t1t2 0） 在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出，否則將不產(chǎn)生輸出在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出，否則將不產(chǎn)生輸出 。

5、1 2為其分辨時間。為其分辨時間。 選擇選擇 1 = 2 = ，則分辨時間為，則分辨時間為2 （或稱為符合時間窗寬）。（或稱為符合時間窗寬）。具有這種功能的電路通常稱為符合電路具有這種功能的電路通常稱為符合電路 ， 1 2為其分辨時間。（也就是時間為其分辨時間。（也就是時間間隔閾值）。間隔閾值）。返回時間間隔測量 時間間隔測量應(yīng)用實例 時間分析器的基本功能 返回時間間隔測量應(yīng)用實例飛行時間計數(shù)器是在高能物理實驗中經(jīng)常用到的探測器系統(tǒng)，用來測量帶飛行時間計數(shù)器是在高能物理實驗中經(jīng)常用到的探測器系統(tǒng)，用來測量帶電粒子的飛行時間，其主要功能是通過所測量粒子的飛行時間信息，結(jié)合電粒子的飛行時間，其主要

6、功能是通過所測量粒子的飛行時間信息，結(jié)合其它探測器測得粒子的動量和徑跡，從而辨別粒子的種類。其它探測器測得粒子的動量和徑跡，從而辨別粒子的種類。測量探測器的信號和測量探測器的信號和e+ e-的作用發(fā)生時刻之間的時間間隔，就可以測量到的作用發(fā)生時刻之間的時間間隔，就可以測量到粒子的飛行時間信息。粒子的飛行時間信息。返回時間分析器的基本功能由時間間隔編碼器與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組成的時間分析器，用來完成時間由時間間隔編碼器與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組成的時間分析器，用來完成時間間隔測量。間隔測量。時間間隔編碼電路是時間間隔測量中關(guān)鍵部件，通常稱它為時間數(shù)時間間隔編碼電路是時間間隔測量中關(guān)鍵部件，通常稱它為時間數(shù)字轉(zhuǎn)換

7、器（字轉(zhuǎn)換器（TDC ,TDC ,Time to Digit Conversion ）。）。輸出端的數(shù)碼值為輸出端的數(shù)碼值為 其中其中T0為為LSB所對應(yīng)的時間間隔。所對應(yīng)的時間間隔。TDC的輸出再送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲，它的功能與多的輸出再送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲，它的功能與多道幅度分析器中數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)相同。道幅度分析器中數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)相同。 102LiiiAm0012,TmTtt其中返回時間信號的檢出時間信號的檢出無論是送到符合電路還是送到無論是送到符合電路還是送到TDC的信號，要求它的出現(xiàn)時刻與粒子的信號，要求它的出現(xiàn)時刻與粒子擊中探測器的時刻能精確地相對應(yīng)。事件的產(chǎn)

8、生到信號進(jìn)入時間信息擊中探測器的時刻能精確地相對應(yīng)。事件的產(chǎn)生到信號進(jìn)入時間信息分析電路之間，大體上如以下過程所示：分析電路之間，大體上如以下過程所示： 核事件產(chǎn)生粒子核事件產(chǎn)生粒子探測器被擊中（探測器被擊中（t0時刻）時刻）探測器信號輸出（探測器信號輸出（t1時刻時刻出現(xiàn)信號）出現(xiàn)信號）電子學(xué)電路信號處理（放大、成形等）電子學(xué)電路信號處理（放大、成形等）時檢電路檢出時檢電路檢出信號送到時間信號分析電路或符合電路輸入端（信號送到時間信號分析電路或符合電路輸入端（t0時刻出現(xiàn)信號）。時刻出現(xiàn)信號）。 時間信號的檢出時間信號的檢出在討論時間信號檢出時，從探測器輸出的電流信號有以在討論時間信號檢出時

9、，從探測器輸出的電流信號有以下幾點需要考慮：下幾點需要考慮：延遲。延遲。t1在在t0之后一定時間之后出現(xiàn)之后一定時間之后出現(xiàn)展寬。實際的電流信號不是一個展寬。實際的電流信號不是一個 信號信號漲落。漲落。( t0- t0)是一個隨機量，而且信號形狀也會是一個隨機量，而且信號形狀也會隨機變化。隨機變化。 1.時檢電路的功能是使的漲落盡可能小，或者說的晃動很時檢電路的功能是使的漲落盡可能小，或者說的晃動很小。小。 返回2. 定時技術(shù)定時技術(shù) 產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素 時間晃動大小的度量時間晃動大小的度量 前沿定時甄別器前沿定時甄別器-固定閾值甄別器固定閾值甄別器恒比定時甄

10、別器（恒比定時甄別器（CFD）幅度和上升時間補償定時（幅度和上升時間補償定時（ARC） 返回產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素 輸入到時間信息分析系統(tǒng)的信號出現(xiàn)時間晃輸入到時間信息分析系統(tǒng)的信號出現(xiàn)時間晃動主要有以下幾個因素：動主要有以下幾個因素： 探測器的固有晃動。 噪聲引起時檢電路輸出的時間晃動。 幅度時間游動效應(yīng)。 上升時間游動效應(yīng)。1.以上幾種因素在不同條件下對晃動所起的影響以上幾種因素在不同條件下對晃動所起的影響是不相同的，因而要具體加以分析，分清主次。是不相同的，因而要具體加以分析，分清主次。著重分析幅度和上升時間游動效應(yīng)產(chǎn)生的時間著重分析幅度和上升時間游動效應(yīng)產(chǎn)

11、生的時間晃動及其解決辦法?；蝿蛹捌浣鉀Q辦法。 返回探測器的固有晃動 不同的探測元件電流信號輸出的時間晃動不一樣，不同的探測元件電流信號輸出的時間晃動不一樣，它的產(chǎn)生原因也不相同，大致因為載流子在探測器它的產(chǎn)生原因也不相同，大致因為載流子在探測器內(nèi)運動途徑不同造成的內(nèi)運動途徑不同造成的 。 例：閃爍體和光電倍加管（例：閃爍體和光電倍加管（PMT）組成的閃爍計數(shù)）組成的閃爍計數(shù)器，由于粒子擊中的位置不同使光傳輸?shù)狡?，由于粒子擊中的位置不同使光傳輸?shù)絇MT的時的時間不同，使得其輸出信號的時間發(fā)生差異，而擊中間不同，使得其輸出信號的時間發(fā)生差異，而擊中的位置往往是隨機的，因而信號輸出的時間產(chǎn)生時的位置

12、往往是隨機的，因而信號輸出的時間產(chǎn)生時間晃動。間晃動。返回噪聲引起時檢電路輸出的時間晃動 噪聲疊加在信號之上將引起時檢電路輸出噪聲疊加在信號之上將引起時檢電路輸出的時間晃動。的時間晃動。 返回幅度時間游動效應(yīng) 不同幅度經(jīng)過時檢電路之后在輸出時間上不同幅度經(jīng)過時檢電路之后在輸出時間上產(chǎn)生差異產(chǎn)生差異 ，探測器輸出信號幅度的隨機變，探測器輸出信號幅度的隨機變化造成了時間上晃動，稱為化造成了時間上晃動，稱為幅度時間游動幅度時間游動效應(yīng)。效應(yīng)。返回上升時間游動效應(yīng) 不同上升時間的信號經(jīng)過時檢電路之后會產(chǎn)生在輸出信號不同上升時間的信號經(jīng)過時檢電路之后會產(chǎn)生在輸出信號時間上差異時間上差異 ，而有些探測元件

13、輸出信號上升時間也存在，而有些探測元件輸出信號上升時間也存在隨機變化，這也就帶來了時檢電路的輸出信號在時間上晃隨機變化，這也就帶來了時檢電路的輸出信號在時間上晃動。這稱為動。這稱為上升時間游動效應(yīng)上升時間游動效應(yīng)。 返回時間晃動大小的度量時間晃動大小的度量 時檢電路信號輸出與粒子擊中探測器之間的時間差時檢電路信號輸出與粒子擊中探測器之間的時間差 td=（t0-t0）是隨機量，它服從一定的分布規(guī)律，是隨機量，它服從一定的分布規(guī)律， td的概率的概率密度函數(shù)為密度函數(shù)為 PdPd（td），可以得到各級矩：），可以得到各級矩：級矩二級矩一級矩ndttPtttdttPtttdttPtttdddndnd

14、nddddddddddddd002220)()()(由此推知由此推知tdtd的隨機變化情況，來度量的晃動大小的隨機變化情況，來度量的晃動大小 。一般可以假設(shè)一般可以假設(shè)td服從高斯分布，服從高斯分布， 和和 是關(guān)鍵是關(guān)鍵參量參量dt2)(ddtt作為時間晃動的度量作為時間晃動的度量 dddddddtddttPtttt)()()(2022時間晃動大小的度量時間晃動大小的度量 二個信號時間間隔及其晃動量二個信號時間間隔及其晃動量 )()(1201020102ddtttttt)()(120102ddtttt2221212122)()(tdtdddddtttt0101102022ttttttdd時間晃

15、動大小的度量時間晃動大小的度量 時間晃動實驗測量時間晃動實驗測量 在實驗上可以用在實驗上可以用同一瞬間產(chǎn)生兩個粒子的放射源（如同一瞬間產(chǎn)生兩個粒子的放射源（如60Co 源源 ，幾乎是同時發(fā)射幾乎是同時發(fā)射 兩個兩個 粒子粒子 1 1和和 2 ）；）； 測量計數(shù)隨測量計數(shù)隨（即時間間隔）值變化曲線（即時間間隔）值變化曲線 ，圖中求得，圖中求得 和半高全寬時間和半高全寬時間FWHMFWHMt td d , ,時間晃動為時間晃動為dttdtdFWHM35. 21返回前沿定時甄別器前沿定時甄別器-固定閾值甄別器固定閾值甄別器 前沿定時特性分析前沿定時特性分析 基本電路構(gòu)型基本電路構(gòu)型返回前沿定時特性分

16、析（一）前沿定時特性分析（一）將輸入信號前沿近似看成線性上升，可用下述關(guān)系表示：將輸入信號前沿近似看成線性上升，可用下述關(guān)系表示： ttVtVmii)(mtt 0輸出信號對輸入信號的時間延遲可以表示為：輸出信號對輸入信號的時間延遲可以表示為： ttttd其中其中t ti i為輸入信號從出現(xiàn)到上升為為輸入信號從出現(xiàn)到上升為V VT T所需時所需時間，間，t t 為渡越時間，假定在快甄別器情況為渡越時間，假定在快甄別器情況下，下， t t 很小很小 ，暫不加以考慮，暫不加以考慮 。miTtdtVVtt在在Vi由由Vi1變?yōu)樽優(yōu)閂i2時，時， Vi= (Vi1 -Vi2)，如果，如果 Vi很小，則很

17、小，則輸出信號對輸入信號的輸出信號對輸入信號的時間延遲差時間延遲差 td=(t2-t1)應(yīng)為：應(yīng)為：imiTdVtVVt2td隨隨Vi變化而發(fā)生變化稱為幅度時間游動效應(yīng)。顯而可見變化而發(fā)生變化稱為幅度時間游動效應(yīng)。顯而可見 VT和和tm越小，越小， td變化變化量就越小，量就越小，幅度時間游動效應(yīng)就越小幅度時間游動效應(yīng)就越小前沿定時特性分析（二）前沿定時特性分析（二） 上述討論在上述討論在 Vi很小情況下，如果很小情況下，如果Vi變化很大時，服從某變化很大時，服從某一種分布規(guī)律，要得到一種分布規(guī)律，要得到 td必須必須Vi的概率密度函數(shù)求得的概率密度函數(shù)求得td的概率密度函數(shù)，的概率密度函數(shù)，

18、得到得到 td。 若達(dá)峰時間若達(dá)峰時間 tmtm發(fā)生變化（也就是上發(fā)生變化（也就是上升時間發(fā)生變化），延遲時間的變化升時間發(fā)生變化），延遲時間的變化為為 ：miTdtVVt這稱為上升時間游動效應(yīng)。這稱為上升時間游動效應(yīng)。 返回基本電路構(gòu)型基本電路構(gòu)型 高速運算放大器（例如高速運算放大器（例如THS3201、OPA847等）構(gòu)成的施等）構(gòu)成的施米特甄別器；米特甄別器； 高速比較器（例如高速比較器（例如AD96687）構(gòu)成的截止式放大器型甄）構(gòu)成的截止式放大器型甄別器；別器； 雙閾甄別電路。雙閾甄別電路。高速比較器高速比較器AD96687AD96687構(gòu)成的甄別器構(gòu)成的甄別器雙閾甄別電路雙閾甄別電

19、路由于幅度效應(yīng)，前沿定時會有較大的定時誤差。降低甄別閾，是減由于幅度效應(yīng)，前沿定時會有較大的定時誤差。降低甄別閾，是減少這一誤差的重要措施。但甄別閾的減少將會明顯引起噪聲誤觸發(fā)，少這一誤差的重要措施。但甄別閾的減少將會明顯引起噪聲誤觸發(fā)，為此，設(shè)計了雙閾甄別電路，采用低閾定時，高閾選通的方案，既為此，設(shè)計了雙閾甄別電路，采用低閾定時，高閾選通的方案，既可減少噪聲影響，又由于甄別閾的降低，還可減少由于幅度效應(yīng)引可減少噪聲影響，又由于甄別閾的降低，還可減少由于幅度效應(yīng)引起的時間游動起的時間游動甄別器需要有穩(wěn)定的閾電壓。甄別器需要有穩(wěn)定的閾電壓。 閾電壓的產(chǎn)生程控設(shè)置的閾電壓的產(chǎn)生程控設(shè)置的 DAC

20、 提供。提供。為了減少噪聲和外部干擾的影響，得到穩(wěn)定的閾電壓，對為了減少噪聲和外部干擾的影響，得到穩(wěn)定的閾電壓，對DAC提供提供的輸出電壓采取了衰減和有源濾波等有效措施。的輸出電壓采取了衰減和有源濾波等有效措施。返回恒比定時甄別器（恒比定時甄別器（CFD） 提出恒比定時的基本思路提出恒比定時的基本思路 恒比定時甄別原理恒比定時甄別原理 恒比定時甄別器實現(xiàn)恒比定時甄別器實現(xiàn)返回提出恒比定時的基本思路提出恒比定時的基本思路 前沿定時除了由幅度游動效應(yīng)引起較大晃動之外，觸發(fā)比前沿定時除了由幅度游動效應(yīng)引起較大晃動之外，觸發(fā)比不恒定也是一個缺點。不恒定也是一個缺點。 探測器的固有時間晃動往往與外電路收

21、集到的電荷量與總探測器的固有時間晃動往往與外電路收集到的電荷量與總電荷量比值有關(guān)，在某一比值時，固有時間晃動可達(dá)到最電荷量比值有關(guān)，在某一比值時，固有時間晃動可達(dá)到最小。這一比值卻好就是觸發(fā)比小。這一比值卻好就是觸發(fā)比 P: P=VT/Vi 如果能對每一個信號作到恒定的觸發(fā)比，就可以選擇如果能對每一個信號作到恒定的觸發(fā)比，就可以選擇合適的比值，使探測器的固有時間晃動最小。同時能克服合適的比值，使探測器的固有時間晃動最小。同時能克服幅度游動效應(yīng)。幅度游動效應(yīng)。 返回恒比定時甄別原理恒比定時甄別原理用經(jīng)延遲后的輸入信號與經(jīng)過衰減倒相后信號相加之用經(jīng)延遲后的輸入信號與經(jīng)過衰減倒相后信號相加之后產(chǎn)生一

22、個雙極性信號，該信號從負(fù)極性變到正極性后產(chǎn)生一個雙極性信號，該信號從負(fù)極性變到正極性的過零時刻與信號幅度無關(guān)，在此時刻的信號值與總的過零時刻與信號幅度無關(guān)，在此時刻的信號值與總幅度之比為一恒值。幅度之比為一恒值。過零甄別器起到在過零甄別器起到在雙極性信號的雙極性信號的過零時刻過零時刻檢出信號的作用。檢出信號的作用。 恒比定時甄別原理恒比定時甄別原理 用用 ui(t)來近似描述輸入信號來近似描述輸入信號: 經(jīng)過衰減倒相后信號（其中為衰減因子）：經(jīng)過衰減倒相后信號（其中為衰減因子）： mimmiittPUttttPUtu0)(經(jīng)延遲后的信號經(jīng)延遲后的信號 didmdmdidittUtttttttU

23、tttu0)(恒比定時甄別原理恒比定時甄別原理經(jīng)過相加電路之后是一個雙極性信號：經(jīng)過相加電路之后是一個雙極性信號： mdimddmdidmimmitttPUttttPtttUtttPUttttPUtu10)(1從負(fù)極性變到正極性的過零時刻從負(fù)極性變到正極性的過零時刻 ：由此可知由此可知 (1)過零點與信號幅度無關(guān)過零點與信號幅度無關(guān) (2)在在tz時刻，時刻，對于任何幅度都一樣。對于任何幅度都一樣。因此因此tz是一個理想的時刻，既克服了游動效應(yīng)，又在此是一個理想的時刻，既克服了游動效應(yīng)，又在此時刻的信號值與總幅度之比為一恒值。在這一時刻檢時刻的信號值與總幅度之比為一恒值。在這一時刻檢出信號可以

24、達(dá)到恒比定時的目的。圖中過零甄別器出信號可以達(dá)到恒比定時的目的。圖中過零甄別器ZCD起到在時刻檢出信號的作用起到在時刻檢出信號的作用 mdzPtttiziPVttu )(返回恒比定時甄別器實現(xiàn)恒比定時甄別器實現(xiàn) 門控型恒比定時甄別器門控型恒比定時甄別器 雙予甄別門控型恒比定時甄別器雙予甄別門控型恒比定時甄別器 雙極性信號成形方法雙極性信號成形方法返回門控型恒比定時甄別器門控型恒比定時甄別器返回雙予甄別門控型恒比定時甄別器雙予甄別門控型恒比定時甄別器 成形電路采用恒比成形時，常常取其延遲電路的延遲時間略大于成形電路采用恒比成形時，常常取其延遲電路的延遲時間略大于tm，但對于小幅度輸入信號，特別是

25、剛過閾值的信號，觸發(fā)時間已接近而超但對于小幅度輸入信號，特別是剛過閾值的信號，觸發(fā)時間已接近而超閾幅度很小，因此甄別器的渡越時間比較長，有可能使前沿甄別器輸出閾幅度很小，因此甄別器的渡越時間比較長，有可能使前沿甄別器輸出信號落在過零時刻之后，這樣一來就成為前沿定時了。因此，上述電路信號落在過零時刻之后，這樣一來就成為前沿定時了。因此，上述電路對小信號（即剛過觸發(fā)閾的信號）就起不到恒比定時作用了。為此，提對小信號（即剛過觸發(fā)閾的信號）就起不到恒比定時作用了。為此，提出一種改進(jìn)方案，即出一種改進(jìn)方案，即雙予甄別門控型恒比定時甄別器雙予甄別門控型恒比定時甄別器，它是在門控型恒，它是在門控型恒比定時甄

26、別器電路基礎(chǔ)上再加上一個固定閾值甄別器比定時甄別器電路基礎(chǔ)上再加上一個固定閾值甄別器DT，其閾值比的閾，其閾值比的閾值要大值要大 。在小信號時（即輸入信號幅度略大于在小信號時（即輸入信號幅度略大于 VTP）不能觸發(fā)）不能觸發(fā) DT，因而，因而最后不產(chǎn)生輸出。只有輸入信號幅度大于最后不產(chǎn)生輸出。只有輸入信號幅度大于 VTT才能觸發(fā)才能觸發(fā) DT，產(chǎn)生最后輸，產(chǎn)生最后輸出，這時出，這時DP的輸出信號不會落在過零時刻之后，保證了恒比定時。的輸出信號不會落在過零時刻之后，保證了恒比定時。 但是這樣也會帶來一個問題，但是這樣也會帶來一個問題，輸出信號前沿時刻在略超過情況輸出信號前沿時刻在略超過情況下亦會

27、落在之后，又將造成輸出下亦會落在之后，又將造成輸出信號對應(yīng)的前沿定時時刻。為此信號對應(yīng)的前沿定時時刻。為此在門在門Y1輸出處加上一延遲線作適輸出處加上一延遲線作適當(dāng)延遲，以保證輸出信號前沿在當(dāng)延遲，以保證輸出信號前沿在DT輸出信號之后輸出信號之后。 返回雙極性信號成形方法雙極性信號成形方法 延遲線成形延遲線成形 RCRC成形成形 輸入信號輸入信號Vi直接連到比較器的同相輸入端，比較器的反相直接連到比較器的同相輸入端，比較器的反相輸入端的信號輸入端的信號Vc是是Vi的低通濾波輸出，它在時間上比輸入信號滯的低通濾波輸出，它在時間上比輸入信號滯后。比較器的同相、反相輸入端之間的電壓差為：后。比較器的

28、同相、反相輸入端之間的電壓差為： Vr(t)=Vi(t)-Vc(t)=R i(t)=RC dVc(t)/dt 在電容器上電壓達(dá)到峰值之后，積分電阻上的電流方向改在電容器上電壓達(dá)到峰值之后，積分電阻上的電流方向改變，引起比較器輸出的翻轉(zhuǎn)。由于電阻電容組成的是一個線性網(wǎng)變，引起比較器輸出的翻轉(zhuǎn)。由于電阻電容組成的是一個線性網(wǎng)絡(luò)，絡(luò)，Vr(t)的過零點與輸入信號的幅度無關(guān)，從而實現(xiàn)了恒比定時的過零點與輸入信號的幅度無關(guān)，從而實現(xiàn)了恒比定時功能。功能。 返回幅度和上升時間補償定時（幅度和上升時間補償定時（ARC） 恒比定時僅僅解決了幅度游動效應(yīng)，未曾解決上升時間游恒比定時僅僅解決了幅度游動效應(yīng)，未曾解

29、決上升時間游動效應(yīng)。動效應(yīng)。ARC定時可同時解決幅度和上升時間游動效應(yīng)。定時可同時解決幅度和上升時間游動效應(yīng)。它的電路結(jié)構(gòu)完全與恒比定時相同。但延遲時間它的電路結(jié)構(gòu)完全與恒比定時相同。但延遲時間td應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： mdtPt)1 ( 相加后輸出信號應(yīng)為相加后輸出信號應(yīng)為 mdimdmmdimddmidmitttPUttttPtttUtttPtttUttttUPtu10)(11解得解得 Pttdz1在ARC定時中 mdiittPPUtu 1)(mdizittPUtu11)(對于延遲信號的觸發(fā)比 mdttPPf1對于衰減倒相信號的觸發(fā)比 在tm不是常數(shù)時， 和 也就不是常數(shù)，因而不是真正恒比 。

30、 f f 返回3. 符合電路符合電路 符合電路基本結(jié)構(gòu)符合電路基本結(jié)構(gòu) 符合曲線符合曲線 快快- -慢符合慢符合符合電路實例符合電路實例 返回符合電路基本結(jié)構(gòu)符合電路基本結(jié)構(gòu) 二個輸入信號分別經(jīng)過定時成形電路之后，使其輸出信號二個輸入信號分別經(jīng)過定時成形電路之后，使其輸出信號前沿晃動很小，以寬度分別為前沿晃動很小，以寬度分別為 Tw1和和Tw2信號加入符合門電信號加入符合門電路，只有當(dāng)二個信號發(fā)生重疊時符合門才有信號輸出，此路，只有當(dāng)二個信號發(fā)生重疊時符合門才有信號輸出，此信號再經(jīng)過甄別成形之后輸出。信號再經(jīng)過甄別成形之后輸出。 設(shè)二個輸入信號到達(dá)時間設(shè)二個輸入信號到達(dá)時間 分別為分別為t1和

31、和t2，只有滿足，只有滿足 2211wwtttt符合門才有輸出，其分辨時間應(yīng)為：符合門才有輸出，其分辨時間應(yīng)為： 12wwttwwwttt21wt 2符合電路基本結(jié)構(gòu)符合電路基本結(jié)構(gòu) 以上討論是在理想條件下得到的，即以上討論是在理想條件下得到的，即(1)輸?shù)椒祥T的信號是理想矩形脈沖。輸?shù)椒祥T的信號是理想矩形脈沖。(2)符合門和甄別成形電路的渡越時間為零。符合門和甄別成形電路的渡越時間為零。 返回符合曲線符合曲線 為了測定符合系統(tǒng)（包括探測器在內(nèi)）的時間分辨能力，為了測定符合系統(tǒng)（包括探測器在內(nèi)）的時間分辨能力，常利用同一瞬間產(chǎn)生兩個粒子的放射源、或用激發(fā)態(tài)壽命常利用同一瞬間產(chǎn)生兩個粒子的放

32、射源、或用激發(fā)態(tài)壽命遠(yuǎn)小于系統(tǒng)定時誤差的放射源來測定系統(tǒng)的瞬時符合曲線。遠(yuǎn)小于系統(tǒng)定時誤差的放射源來測定系統(tǒng)的瞬時符合曲線。在兩路信號通道中，用可變延遲線引入它們之間時間上相在兩路信號通道中，用可變延遲線引入它們之間時間上相對延遲，測定符合系統(tǒng)的輸出信號計數(shù)率和相對延遲量的對延遲，測定符合系統(tǒng)的輸出信號計數(shù)率和相對延遲量的關(guān)系曲線，此曲線就是瞬間符合曲線。從瞬時符合曲線，關(guān)系曲線，此曲線就是瞬間符合曲線。從瞬時符合曲線，可以求得符合系統(tǒng)的分辨時間和效率?？梢郧蟮梅舷到y(tǒng)的分辨時間和效率。 電子學(xué)瞬時符合曲線 物理瞬時符合曲線 返回電子學(xué)瞬時符合曲線 用一個信號源代替放射源用一個信號源代替放射源

33、和探測器作為二路符合的和探測器作為二路符合的輸入，測得瞬時符合曲線輸入，測得瞬時符合曲線僅反映電路本身的特性，僅反映電路本身的特性，稱為電子學(xué)瞬時符合曲線。稱為電子學(xué)瞬時符合曲線。 調(diào)節(jié)相對延遲量，符調(diào)節(jié)相對延遲量，符合電路輸出信號送入到一合電路輸出信號送入到一個計數(shù)器去，測得計數(shù)率，個計數(shù)器去，測得計數(shù)率，可以求得相對計數(shù)率與延可以求得相對計數(shù)率與延遲量的關(guān)系曲線，此曲線遲量的關(guān)系曲線，此曲線即為電子學(xué)瞬時符合曲線，即為電子學(xué)瞬時符合曲線，也就是符合電路產(chǎn)生輸出也就是符合電路產(chǎn)生輸出的概率函數(shù)。的概率函數(shù)。 電子學(xué)瞬時符合曲線 在理想條件下為在理想條件下為曲線曲線 1 如果考慮到：如果考慮到

34、：(1)輸入信號有一定上升和下降時間，而符合門有一定門檻電平，因輸入信號有一定上升和下降時間，而符合門有一定門檻電平，因而對符合門輸入來說，有效寬度變小了。而對符合門輸入來說，有效寬度變小了。(2)二個信號重合時間減小到一定寬度時，由于符合門和其后繼甄別二個信號重合時間減小到一定寬度時，由于符合門和其后繼甄別電路有一定渡越時間，當(dāng)重合時間太窄時，不能響應(yīng)，這相當(dāng)于電路有一定渡越時間，當(dāng)重合時間太窄時，不能響應(yīng)，這相當(dāng)于減小了有效寬度。減小了有效寬度。(3)考慮到噪聲疊加在信號、符合門的門檻電平和后繼電路閾值偏置考慮到噪聲疊加在信號、符合門的門檻電平和后繼電路閾值偏置電路上，使有效寬度發(fā)生漲落。

35、電路上，使有效寬度發(fā)生漲落。 由于以上原因，瞬時符合曲線不僅寬度減小，而且形由于以上原因，瞬時符合曲線不僅寬度減小，而且形狀上偏離了矩形，為狀上偏離了矩形，為曲線曲線2。這就是實際電子學(xué)瞬時符合。這就是實際電子學(xué)瞬時符合曲線。符合分辨時間定義為瞬時符合曲線的半高全寬曲線。符合分辨時間定義為瞬時符合曲線的半高全寬 FWHM，從圖中，從圖中曲線曲線 2可以求得電子學(xué)分辨時間可以求得電子學(xué)分辨時間 FWHME返回物理瞬時符合曲線 用瞬時符合放射源和探測用瞬時符合放射源和探測器系統(tǒng)替代信號源作為符器系統(tǒng)替代信號源作為符合電路信號輸入，測得的合電路信號輸入，測得的相對計數(shù)率與延遲量的關(guān)相對計數(shù)率與延遲量

36、的關(guān)系曲線為物理瞬時符合曲系曲線為物理瞬時符合曲線，此曲線包括了探測器線，此曲線包括了探測器和定時系統(tǒng)的時間晃動及和定時系統(tǒng)的時間晃動及偶然符合等因素。偶然符合等因素。 物理瞬時符合曲線 真符合事件測得的物理真符合事件測得的物理瞬時符合曲線應(yīng)為輸入瞬時符合曲線應(yīng)為輸入到符合電路二信號時差到符合電路二信號時差的概率密度函數(shù)與電子的概率密度函數(shù)與電子學(xué)瞬時符合函數(shù)的卷積學(xué)瞬時符合函數(shù)的卷積 )()()(dEdddPtWtPtWE與值相近時00)()()(padppadpdnntWnntntW真符合事件最大輸入計數(shù)率 偶然符合計數(shù)率 真符合事件計數(shù)率 為時差漲落的方差 E為電子學(xué)分辨時間 物理曲線形

37、狀與電物理曲線形狀與電子學(xué)曲線相似子學(xué)曲線相似 E曲線高度下降，形狀變曲線高度下降，形狀變窄，平頂部分消失，這窄，平頂部分消失，這是由于真符合計數(shù)被丟是由于真符合計數(shù)被丟失了失了 物理瞬時符合曲線 在實際測量中，除了真符合事例外，還有大量不屬于同一在實際測量中，除了真符合事例外，還有大量不屬于同一核事件互不相關(guān)的粒子進(jìn)入二個探測器，它們有可能在分核事件互不相關(guān)的粒子進(jìn)入二個探測器，它們有可能在分辨時間之內(nèi)隨機地進(jìn)入符合電路各輸入端而產(chǎn)生輸出，稱辨時間之內(nèi)隨機地進(jìn)入符合電路各輸入端而產(chǎn)生輸出，稱這種符合為偶然符合。顯而易見，偶然符合應(yīng)與二個電路這種符合為偶然符合。顯而易見，偶然符合應(yīng)與二個電路相

38、對延遲時間無關(guān)。相對延遲時間無關(guān)。 偶然符合計數(shù)為偶然符合計數(shù)為 ：ddEadtnntWn21)(21nnnEa隨著隨著 E增加，增加，W(td)曲線高度平移地升高。這正是偶然符合所造成的。曲線高度平移地升高。這正是偶然符合所造成的。 WE(td)把看成寬度為把看成寬度為 E，高度為高度為1的矩形函數(shù)的矩形函數(shù) 物理瞬時符合曲線由于時間漲落的影響，一對真符合信號到達(dá)符合電路的由于時間漲落的影響，一對真符合信號到達(dá)符合電路的時差出現(xiàn)晃動，當(dāng)時差出現(xiàn)晃動，當(dāng) E選得較小時真符合事件可能漏記，造選得較小時真符合事件可能漏記，造成真符合計數(shù)損失。成真符合計數(shù)損失。 E越小，損失越多。越小，損失越多。

39、E取得較大時符合曲線出現(xiàn)平頂，其符合事件可被全部記取得較大時符合曲線出現(xiàn)平頂，其符合事件可被全部記錄下來。時差的漲落對計數(shù)率的影響可以忽略。錄下來。時差的漲落對計數(shù)率的影響可以忽略。 E增大，偶然符合計數(shù)也正比地增大，偶然符合與真符合增大，偶然符合計數(shù)也正比地增大，偶然符合與真符合計數(shù)之比隨之增大。從符合曲線中求得偶然符合計數(shù)雖計數(shù)之比隨之增大。從符合曲線中求得偶然符合計數(shù)雖然可以再從實際曲線中扣除偶然符合計數(shù)而得到真符合然可以再從實際曲線中扣除偶然符合計數(shù)而得到真符合計數(shù)，但這樣會使統(tǒng)計誤差增大。計數(shù)，但這樣會使統(tǒng)計誤差增大。 分辨時間分辨時間 E的選擇要綜合加以考慮。的選擇要綜合加以考慮。

40、從時間分辨和減小偶然符合角度來看，從時間分辨和減小偶然符合角度來看， E取小些為好；取小些為好；從真符合計數(shù)損失來看，從真符合計數(shù)損失來看， E不能取得太小。不能取得太小。符合系統(tǒng)所能達(dá)到的最小分辨時間，根本上取決于探測器和符合系統(tǒng)所能達(dá)到的最小分辨時間，根本上取決于探測器和定時系統(tǒng)的時間漲落大小。定時系統(tǒng)的時間漲落大小。 返回快快- -慢符合慢符合 時間上相關(guān)的事件本身還存在一些特點時間上相關(guān)的事件本身還存在一些特點 ，例如粒，例如粒子的能量有一定范圍，也就是說信號的幅度落在子的能量有一定范圍，也就是說信號的幅度落在一定范圍之內(nèi)。在時間符合作為基本條件之下用一定范圍之內(nèi)。在時間符合作為基本條

41、件之下用幅度選擇作為輔助措施來減小偶然符合。事例的幅度選擇作為輔助措施來減小偶然符合。事例的候選條件除了時間甄別之外，再加上幅度甄別。候選條件除了時間甄別之外，再加上幅度甄別。 但是，經(jīng)過幅度甄別之后的信號往往時間晃但是，經(jīng)過幅度甄別之后的信號往往時間晃動都很大，因此在幅度甄別之后再進(jìn)行符合，其動都很大，因此在幅度甄別之后再進(jìn)行符合，其分辨時間不能取得很小，否則會降低效率（真符分辨時間不能取得很小，否則會降低效率（真符合計數(shù)損失增加），但增大分辨時間又會使偶然合計數(shù)損失增加），但增大分辨時間又會使偶然符合增加。為了解決這個矛盾，常采用快慢符合符合增加。為了解決這個矛盾，常采用快慢符合技術(shù)。技術(shù)

42、。 快快- -慢符合慢符合 探測器信號經(jīng)過時檢電路后進(jìn)入快符合電路，因而探測器信號經(jīng)過時檢電路后進(jìn)入快符合電路，因而時間晃動很小，可選取很小的分辨時間。同時，這一對時間晃動很小，可選取很小的分辨時間。同時，這一對探測器信號又分別經(jīng)過單道分析器進(jìn)行幅度選擇。只有探測器信號又分別經(jīng)過單道分析器進(jìn)行幅度選擇。只有在時間和幅度上都滿足給定條件時，三重慢符合電路才在時間和幅度上都滿足給定條件時，三重慢符合電路才產(chǎn)生輸出。其中延遲線產(chǎn)生輸出。其中延遲線td是為了補償單道分析器產(chǎn)生的是為了補償單道分析器產(chǎn)生的時延時延。 返回符合電路實例符合電路實例四路輸入信號先經(jīng)四路輸入信號先經(jīng)MC10E1651比較器甄別

43、輸出，然后用比較器甄別輸出，然后用MC10EL01D進(jìn)行進(jìn)行“與與”或者或者“或或”邏輯，再通過單穩(wěn)態(tài)芯邏輯，再通過單穩(wěn)態(tài)芯片片MC10198調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，最后分別轉(zhuǎn)換成快調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，最后分別轉(zhuǎn)換成快NIM和和TTL輸出輸出 。最小時間窗可達(dá)到。最小時間窗可達(dá)到2ns。返回4. 時間分析器時間分析器 時間分析器的構(gòu)成時間分析器的構(gòu)成時間數(shù)字變換時間數(shù)字變換 TDCTDC 時間時間- -幅度變換器（幅度變換器（TACTAC）基于幅度基于幅度-時間修正的時間間隔測量時間修正的時間間隔測量返回時間分析器的構(gòu)成時間分析器的構(gòu)成 常用的有兩類時間分析器常用的有兩類時間分析器 二個信號加入到時間

44、間隔編碼電路即二個信號加入到時間間隔編碼電路即 TDC， TDC輸出的數(shù)碼正輸出的數(shù)碼正比于信號間的時間間隔，再將其送入數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)；比于信號間的時間間隔，再將其送入數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)；a.二個信號輸入到時間間隔幅度變換電路即二個信號輸入到時間間隔幅度變換電路即 TAC， TAC的輸出幅的輸出幅度正比于信號間的時間間隔，然后送到度正比于信號間的時間間隔，然后送到 ADC，進(jìn)行幅度，進(jìn)行幅度-數(shù)字?jǐn)?shù)字變換，再送入數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)。變換，再送入數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)。 時間分析器的構(gòu)成時間分析器的構(gòu)成 時間分析器用來測量時間譜，即計數(shù)隨時時間分析器用來測量時間譜，即計數(shù)隨時間間隔分布曲線。它的

45、作用與幅度分析中間間隔分布曲線。它的作用與幅度分析中多道脈沖幅度分析器相當(dāng)。多道脈沖幅度分析器相當(dāng)。 關(guān)鍵部分是關(guān)鍵部分是 TDC和和TAC返回時間數(shù)字變換時間數(shù)字變換 TDCTDC 起始停止計數(shù)器型TDC 基于時間內(nèi)插技術(shù)（Time Interpolating）的TDC 基于時間郵戳（Time Stamp）技術(shù)的TDC 基于時間放大技術(shù)的TDC 返回起始停止計數(shù)器型起始停止計數(shù)器型TDC 待測的起始（待測的起始（start）和停止（）和停止（stop）二個信號分別輸入）二個信號分別輸入到觸發(fā)觸復(fù)器（到觸發(fā)觸復(fù)器（FF）S和和R二端，二端，F(xiàn)F輸出信號輸出信號T的寬度應(yīng)的寬度應(yīng)為二個輸入信號的

46、時間間隔為二個輸入信號的時間間隔,用來控制時鐘門用來控制時鐘門And，時鐘，時鐘振蕩器的時鐘脈沖加到時鐘門輸入端，因此通過時鐘門的振蕩器的時鐘脈沖加到時鐘門輸入端，因此通過時鐘門的脈沖個數(shù)脈沖個數(shù)m將正比于信號將正比于信號T的寬度，即正比于二個輸入信的寬度，即正比于二個輸入信號的時間間隔號的時間間隔tm=tstop-tstart m= (tstop-tstart)/T0取整數(shù)取整數(shù) T0為時鐘脈沖的周期。再將此系列脈沖輸入到計數(shù)器，為時鐘脈沖的周期。再將此系列脈沖輸入到計數(shù)器，進(jìn)行串行進(jìn)行串行-并行變換，經(jīng)過譯碼后以二進(jìn)制數(shù)碼并行輸出。并行變換，經(jīng)過譯碼后以二進(jìn)制數(shù)碼并行輸出。計數(shù)器目前多采用

47、計數(shù)器目前多采用Gray碼計數(shù)器。碼計數(shù)器。起始停止計數(shù)器型起始停止計數(shù)器型TDC 直接計數(shù)器型直接計數(shù)器型TDC的優(yōu)點是電路簡單，大尺度時的優(yōu)點是電路簡單，大尺度時間測量范圍，且全數(shù)字化，易于集成。間測量范圍，且全數(shù)字化，易于集成。 時間精度（一個時間精度（一個LSB代表的時間間隔量）受到時代表的時間間隔量）受到時鐘頻率以及它的穩(wěn)定性限制鐘頻率以及它的穩(wěn)定性限制 ，因為高時鐘頻率，因為高時鐘頻率（1GHz以上）在工藝和電路結(jié)構(gòu)上要付出很高代以上）在工藝和電路結(jié)構(gòu)上要付出很高代價。這種價。這種TDC的時間精度在的時間精度在ns量級。量級。 采用自激時鐘振蕩器會造成采用自激時鐘振蕩器會造成2 T

48、0的誤差，采用它的誤差，采用它激時鐘振蕩器誤差可以減小到激時鐘振蕩器誤差可以減小到1 T0，但是在一般，但是在一般情況下，振蕩器起振階段，頻率和幅度不穩(wěn)定，情況下，振蕩器起振階段，頻率和幅度不穩(wěn)定，也會帶來誤差。也會帶來誤差。返回自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，但模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，但在某些情況，例如從十進(jìn)制的在某些情況，例如從十進(jìn)制的3轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為4時二進(jìn)制碼的每一時二進(jìn)制碼的每一位都要變，能使數(shù)字電路產(chǎn)生很大的尖峰電流脈沖。而格位都要變，能使數(shù)字電路產(chǎn)生很大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點，它在相鄰位間轉(zhuǎn)換時，只有一位產(chǎn)雷碼則沒有這一缺點

49、，它在相鄰位間轉(zhuǎn)換時，只有一位產(chǎn)生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的混淆。格雷碼僅改變一位，這樣與其它編碼同時改變兩的混淆。格雷碼僅改變一位，這樣與其它編碼同時改變兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯的可能性。位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯的可能性。 返回基于時間內(nèi)插技術(shù)（基于時間內(nèi)插技術(shù)（Time Interpolating）的）的TDC 要滿足高時間精度和大尺度測量范圍的要滿足高時間精度和大尺度測量范圍的TDC 目前采目前采用所謂的用所謂的“粗粗”計數(shù)（計數(shù)（Coarse Counting）和）和“細(xì)細(xì)”時間

50、測量（時間測量（Fine Measurement）相結(jié)合的方法。）相結(jié)合的方法。 這種方法中，這種方法中，“粗粗”計數(shù)一般由高性能的直接計數(shù)計數(shù)一般由高性能的直接計數(shù)器型器型TDC。使用的參考時鐘頻率一般在數(shù)百。使用的參考時鐘頻率一般在數(shù)百MHz，達(dá)到幾個達(dá)到幾個ns的時間精度；而的時間精度；而“細(xì)細(xì)”時間測量的實現(xiàn)時間測量的實現(xiàn)則依靠時間內(nèi)插技術(shù)（則依靠時間內(nèi)插技術(shù)（Time Interpolation），在一），在一個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行時間內(nèi)插，達(dá)到亞納秒（個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行時間內(nèi)插，達(dá)到亞納秒（100 ps 10ps）的時間分辨。）的時間分辨。 時間內(nèi)插技術(shù)的基本思想是采用適當(dāng)?shù)姆椒▽r間內(nèi)插

51、技術(shù)的基本思想是采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ⅰ按执帧庇嫈?shù)使用的參考時鐘的周期細(xì)分為計數(shù)使用的參考時鐘的周期細(xì)分為M個等分，并利用個等分，并利用其將被測時間間隔與其將被測時間間隔與“粗粗”計數(shù)器記錄的時間計數(shù)器記錄的時間(nT0)之差記錄下來，等效于將時鐘信號的頻率提高了之差記錄下來，等效于將時鐘信號的頻率提高了M倍。倍。一個直接的方法就是利用若干個等分的一個直接的方法就是利用若干個等分的時間延遲單時間延遲單元元，如，如M個抽頭個抽頭“延遲線延遲線”來實現(xiàn)時間內(nèi)插。來實現(xiàn)時間內(nèi)插?；跁r間內(nèi)插技術(shù)（基于時間內(nèi)插技術(shù)（Time Interpolating）的）的TDC 受受Start和和Stop控制的控制的2

52、50MHz頻率的時鐘信號對頻率的時鐘信號對n位計數(shù)器計位計數(shù)器計數(shù)，產(chǎn)生數(shù)，產(chǎn)生4ns時間分辨的時間分辨的“粗粗”計數(shù)。同時在時鐘通道中插入一計數(shù)。同時在時鐘通道中插入一個個8抽頭抽頭“延遲線延遲線”，各抽頭組，各抽頭組成成0.5ns的延遲單元，其輸出被的延遲單元，其輸出被送入各送入各符合電路符合電路的相應(yīng)輸入端，的相應(yīng)輸入端，Stop信號則作為一個公共信號信號則作為一個公共信號送入各符合電路的另一輸入端，送入各符合電路的另一輸入端，與延遲線上傳輸?shù)男盘栕雠c延遲線上傳輸?shù)男盘栕龇戏希涗浵庐?dāng)記錄下當(dāng)Stop信號到來時，時信號到來時，時鐘信號在鐘信號在“延遲線延遲線”上傳輸?shù)奈簧蟼鬏數(shù)奈恢茫?/p>

53、即延遲的時間量。置，即延遲的時間量。 該信息經(jīng)譯碼電路給出時間數(shù)據(jù)該信息經(jīng)譯碼電路給出時間數(shù)據(jù)的最低的的最低的3位數(shù)據(jù)，相當(dāng)于將位數(shù)據(jù)，相當(dāng)于將“粗粗”時間計數(shù)的時鐘周期細(xì)分時間計數(shù)的時鐘周期細(xì)分了了8個等分，實現(xiàn)了個等分，實現(xiàn)了0.5ns的時的時間分辨。間分辨。 幾種幾種“延遲線延遲線”技術(shù)技術(shù) 門電路組成的延遲電路門電路組成的延遲電路 鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（Phase Locked Loop，簡稱為：，簡稱為：PLL）技術(shù)技術(shù) 延遲鎖定環(huán)（延遲鎖定環(huán)（Delay Locked Loop，簡稱為：，簡稱為：DLL）技術(shù)）技術(shù) 無源無源RC延遲線延遲線 返回門電路組成的延遲電路門電路組成的延遲電路

54、通常是由兩個通常是由兩個CMOS反向器反向器門電路構(gòu)成一個延遲單元。門電路構(gòu)成一個延遲單元。時間分辨則由一個延遲單元時間分辨則由一個延遲單元的延遲時間所決定。這種方的延遲時間所決定。這種方法電路簡單，占用較少的資法電路簡單，占用較少的資源，易于與其它電路部分集源，易于與其它電路部分集成為單片的成為單片的TDC集成芯片。集成芯片。缺點是門電路的延遲時間容缺點是門電路的延遲時間容易受到供電電壓波動和溫度易受到供電電壓波動和溫度變化的影響而產(chǎn)生變化，需變化的影響而產(chǎn)生變化，需要經(jīng)常進(jìn)行刻度。要經(jīng)常進(jìn)行刻度。返回鎖相環(huán)技術(shù)鎖相環(huán)技術(shù) 在時間內(nèi)插電路應(yīng)用中，門電路延遲線是作為在時間內(nèi)插電路應(yīng)用中，門電路

55、延遲線是作為VCO（Voltage Controlled Oscillator）的一部分放在環(huán)中，）的一部分放在環(huán)中，構(gòu)成一個環(huán)形振蕩器，振蕩周期由門電路的延遲時間所決構(gòu)成一個環(huán)形振蕩器，振蕩周期由門電路的延遲時間所決定。當(dāng)供電電壓變化或者是溫度變化時，利用負(fù)反饋機制，定。當(dāng)供電電壓變化或者是溫度變化時，利用負(fù)反饋機制，改變各門電路單元的供電電流，調(diào)整和穩(wěn)定各門電路單元改變各門電路單元的供電電流，調(diào)整和穩(wěn)定各門電路單元的延遲時間，穩(wěn)定的延遲時間，穩(wěn)定VCO的輸出頻率。因此消除了由于供的輸出頻率。因此消除了由于供電電壓變化和溫度變化帶來的延遲時間變化。另外，這種電電壓變化和溫度變化帶來的延遲時間

56、變化。另外，這種電路還具有易于集成，功耗小的優(yōu)點。電路還具有易于集成，功耗小的優(yōu)點。 返回延遲鎖定環(huán)技術(shù)延遲鎖定環(huán)技術(shù) DLL技術(shù)與技術(shù)與PLL技術(shù)很類似，也是將門電路延遲線放在反技術(shù)很類似，也是將門電路延遲線放在反饋環(huán)中，通過相位檢測，調(diào)整各門電路單元的供電電壓，饋環(huán)中，通過相位檢測，調(diào)整各門電路單元的供電電壓，調(diào)整和穩(wěn)定各門電路單元的延遲時間。在調(diào)整和穩(wěn)定各門電路單元的延遲時間。在DLL電路中，輸電路中，輸入?yún)⒖紩r鐘直接與其通過門電路延遲線后的信號進(jìn)行相位入?yún)⒖紩r鐘直接與其通過門電路延遲線后的信號進(jìn)行相位檢測。門電路延遲線并不形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，檢測。門電路延遲線并不形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)， 所以不存在所

57、以不存在VCO電路，而是形成一個所謂的電路，而是形成一個所謂的VCDL（Voltage Controlled Delay Line）電路。）電路。返回?zé)o源無源RC延遲線延遲線 DLL電路的每個延遲單元輸出都同時送入各電路的每個延遲單元輸出都同時送入各Hit寄存器的寄存器的相應(yīng)相應(yīng)D輸入端，當(dāng)一個物理事例信號產(chǎn)生時，輸入端，當(dāng)一個物理事例信號產(chǎn)生時，Hit信號經(jīng)一信號經(jīng)一個個RC延遲線，產(chǎn)生延遲線，產(chǎn)生M個不同相位延遲的信號將當(dāng)前個不同相位延遲的信號將當(dāng)前DLL的時鐘沿狀態(tài)記錄下來。設(shè)的時鐘沿狀態(tài)記錄下來。設(shè)RC延遲線的單元延遲時間等延遲線的單元延遲時間等于于tN/M，則所得到時間精度為：，則所

58、得到時間精度為：Tbin = TRef / N.M，其中，其中，N為為DLL的延遲單元個數(shù)，的延遲單元個數(shù)，M為為RC延遲線的延遲單元個數(shù)。延遲線的延遲單元個數(shù)。 返回基于時間郵戳（基于時間郵戳（Time Stamp）技術(shù)的）技術(shù)的TDC 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的TDC測量時間間隔采用所謂的測量時間間隔采用所謂的“Start-Stop”技術(shù)，即用技術(shù)，即用Start信號啟動信號啟動TDC計數(shù)，用計數(shù)，用Stop信號停止計數(shù)。信號停止計數(shù)。 把把Start和和Stop都作為一個擊中（都作為一個擊中（HIT），時間郵），時間郵戳（戳（Time Stamp，或稱為時間標(biāo)記）技術(shù)是通，或稱為時間標(biāo)記）技術(shù)是通過記

59、錄每個過記錄每個HIT發(fā)生的時刻，再由數(shù)據(jù)處理電路發(fā)生的時刻，再由數(shù)據(jù)處理電路（如（如DSP）計算得到）計算得到 HIT 之間的時間間隔，這已之間的時間間隔，這已成為比較通用的方法。成為比較通用的方法。 HIT發(fā)生的時刻的記錄是采用發(fā)生的時刻的記錄是采用“粗粗”計數(shù)和計數(shù)和“細(xì)細(xì)”時間測量相結(jié)合方法，時間測量相結(jié)合方法， “細(xì)細(xì)”時間測量采用時間測量采用“延延遲線遲線”時間內(nèi)插和符合方法。時間內(nèi)插和符合方法?；跁r間郵戳（基于時間郵戳（Time Stamp）技術(shù)的）技術(shù)的TDC 歐洲粒子物理實驗室推出的通用性極強的高集成歐洲粒子物理實驗室推出的通用性極強的高集成度度TDC芯片芯片HPTDC基于

60、時間郵戳技術(shù)的基于時間郵戳技術(shù)的TDC，時，時間精度為間精度為25ps 。 ACAM公司的公司的GPX和和GP2是基于時間郵戳技術(shù)的是基于時間郵戳技術(shù)的TDC商業(yè)產(chǎn)品。時間精度也在幾十商業(yè)產(chǎn)品。時間精度也在幾十ps。返回基于時間放大技術(shù)的基于時間放大技術(shù)的TDC Wilkinson型型TDC 游標(biāo)尺（游標(biāo)尺（Vernier）計時器）計時器返回Wilkinson型型TDCWilkinson型型TDC是上世紀(jì)是上世紀(jì)50年代提出的，其基本思想是基于所謂的年代提出的，其基本思想是基于所謂的時間放大（時間放大（Time Stretch）原理，人們也常稱其為雙斜率型）原理，人們也常稱其為雙斜率型TDC。