對tdc進行非線性校正的方法和裝置製造方法
2023-04-24 14:50:16
對tdc進行非線性校正的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種對TDC進行非線性校正的方法及裝置，所述方法包括以下步驟：a)在探測器的掃描視野內放置放射源，並將探測器與電子學的時間偏移初始化歸零；b)探測輻射事件，記錄每個TDC通道的輸出次數，以獲得TDC通道的計數分布；c)選擇一個TDC通道作為參考通道，使得布置在所選通道兩側的TDC通道的輸出次數之和相等；d)為所述參考通道設置一個時間，並基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間。本發明中的裝置可實現上述TDC進行非線性校正的方法。利用本發明的方法，能夠有效提高TDC輸出的準確性；同時在校正過程中，無需外部提供信號源，操作簡單。
【專利說明】對TDC進行非線性校正的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及時間數字轉換【技術領域】，尤其涉及一種對用於輻射探測器中的時間數字轉換器(Time-to-Digital Converter, TDC)進行非線性校正的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]時間數字轉換技術是建立在R.Nutt在1968年提出了延遲線結構基礎之上的。所謂的延遲線是由一組延遲單元組成的，理論上這組延遲單元傳播時延時相等，都為τ。而時間間隔的測量就是通過兩次脈衝信號在延遲線上的傳播進行採樣實現的，其基本結構如圖1所示。圖1中，整條延遲線由一組延遲時間為τ的延遲單元組成，每個延遲單元配合一個觸發器，這裡的延遲單元是電平觸發，而不是邊沿觸發；觸發器剛好相反是邊沿觸發的，而不是電平觸發。時間間隔T開始時，Start由低變高，為上升沿，然後這個上升沿在延遲單元中以延遲τ傳播，直到間隔結束，Stop由低變高，所有的觸發器狀態都被鎖定，這一組觸發器輸出端Q形成一個類似與溫度計結構的輸出，由此讀數即可表示為時間間隔長度。
[0003]基於Nutt結構的時間數字轉換(TDC)技術的突出優點是結構簡單，可實現單片集成，即可在ASIC上實現，也在單片FPGA上實現。在ASIC上實現時，可以達到和延遲鎖定環同一級別的時間解析度，但其時間解析度會隨溫度的改變產生一定範圍內的飄移。其缺點是測量的時間解析度受限於所使用的延遲單元的延遲，而且延遲單元的延遲時間是不可控的。其誤差來源主要包括以下四方面:一是量化誤差，即一個延遲單元的時間，減少量化誤差帶來的是延遲單元的增加；二是延遲線集成非線性，由於在集成過程中不可能做到各個延遲單無完全一致，導致各個延遲單元的延遲時間不相等，對外表現為非線性效應，矯正的方法有平均法、矢量法等；三是隨機變化，由延遲單元的自身溫度和供電電壓變化引起；四是時間抖動，包括時鐘的抖動和延遲單元信號觸發開關的時間抖動。
[0004]對於由延遲線集成非線性引起的測量誤差，需要對TDC進行非線性校正，在J.Kalisz, 「Review of methods for time interval measurements with picosecondresolut1n, 」 Metrologis, vol.41, pp.17-32, 2004 中公開了一種對 TDC 進行非線性校正的方法，該方法需要延時發生器(Delay generators),用於產生精準的兩個延時信號,兩信號間延時量已知，輸入TDC,計算輸入量與輸出量間的關係，從而得到時間與TDC通道的映身寸關係° 在 High-Resolut1n Mult1-Channel FPGA-TDC Architectures, Eugen Bayer,Nikolaus Kurz中公開了另一種對TDC進行非線性校正的方法，利用信號在導線中傳播的時間與線長的關係(lcm=50pS)，製造不同的線長來得到不同的時間延遲。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種對TDC進行非線性校正的方法，無需外部提供信號源，即可實現對TDC的非線性誤差進行校正，簡單有效。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種對TDC進行非線性校正的方法，包括以下步驟:a)在探測器的掃描視野內放置放射源，並將探測器與電子學的時間偏移初始化歸零；b)探測輻射事件，記錄每個TDC通道的輸出次數，以獲得TDC通道的計數分布；c)選擇一個TDC通道作為參考通道，使得布置在所述參考通道兩側的TDC通道的輸出次數之和相等；d)為所述參考通道設置一個時間，並基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間。
[0007]進一步地，所述步驟d)中，基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間，計算式為:
【權利要求】
1.一種對TDC進行非線性校正的方法，其特徵在於，包括以下步驟: a)在探測器的掃描視野內放置放射源，並將探測器與電子學的時間偏移初始化歸零； b)探測輻射事件，記錄每個TDC通道的輸出次數，以獲得TDC通道的計數分布； c)選擇一個TDC通道作為參考通道，使得布置在所選通道兩側的TDC通道的輸出次數之和相等； d)為所述參考通道設置一個時間，並基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟d)中，基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間，計算式為:
其中，Ti表不序號為i的TDC通道的時間，c表不參考通道的序號，Ni表不序號為i的TDC通道的輸出次數，T表示TDC時鐘周期。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟:響應於探測事件，由所述計算式計算得到TDC通道對應的時間。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟:由所述計算式計算得到時間與TDC通道的映射關係，生成時間與TDC通道的映射表，響應於探測事件，由所述映射表中查找得到TDC通道對應的時間。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟d)中，設置所述參考通道的時間為士 7，T表示TDC時鐘周期。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟b)中，當滿足以下條件時，探測輻射事件，記錄每個TDC通道的輸出次數的步驟停止:對於有效通道，所記錄的TDC通道的平均輸出次數大於閾值。
7.—種對TDC進行非線性校正的裝置，其特徵在於，包括以下單元: 計數單元，用於在探測輻射事件時，記錄每個TDC通道的輸出次數，以獲得TDC通道的計數分布； 選擇單元，用於選擇一個TDC通道作為參考通道，使得布置在所述參考通道兩側的TDC通道的輸出次數之和相等； 計算單元，用於為所述參考通道設置一個時間，並基於所述參考通道的時間計算各TDC通道的時間。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算單元中，按照以下計算式計算各TDC通道的時間:
(T λ
i— T- — N- X, 1-C9C — I, c _ 2, C - 3，…，O:
其中，Ti表不序號為i的TDC通道的時間，c表不參考通道的序號，Ni表不序號為i的TDC通道的輸出次數，T表示TDC時鐘周期。
9.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算單元中，為所述參考通道設置的時間為IT7，T表示TDC時鐘周期。
10.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算單元通過以下計算式計算得到時間與TDC通道的映射關係，生成時間與TDC通道映射表，響應於探測事件，由所述映射表中查找得到TDC通道對應的時間，所述計算式為:
T.t ^Ti+ NiX ——= c,c + l,c + 2,c + 3,...其中，Ti表不序號為i的TDC通道的時間，c表不參考通道的序號，Ni表不序號為i的TDC通道的輸出次數，T表示TDC時鐘周期。
【文檔編號】H03M1/10GK104184473SQ201310738218
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】呂新宇, 安少輝 申請人:上海聯影醫療科技有限公司