本發(fā)明涉及核電子學與探測，尤其涉及一種基于lvds的交叉型恒比定時系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、核能探測是核物理實驗、核醫(yī)學應用、核輻射測量等多個領(lǐng)域獲取信息的重要手段之一，高質(zhì)量的核能譜數(shù)據(jù)可以更好地保留原有放射性粒子的真實信息，比如能量信息、時間信息等。

2、核能探測過程是放射性核素衰變產(chǎn)生的高能射線通過前端閃爍晶體轉(zhuǎn)化為閃爍光子，閃爍光子由光電探測器如sipm轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，也稱閃爍脈沖。后端對閃爍脈沖進行數(shù)據(jù)采集與分析處理，得到核能性質(zhì)相關(guān)的重要信息，如能量信息，時間信息，位置信息，其中記錄閃爍脈沖的到達時間是核能探測電子學系統(tǒng)的關(guān)鍵。

3、恒比定時是具有恒定觸發(fā)比的定時方法，恒比定時可以保證在信號幅度的恒定比例點上產(chǎn)生定時信號。傳統(tǒng)的恒比定時有前沿恒比定時、后沿恒比定時。前沿恒比定時法將信號一分為二，一路進行延時，一路進行衰減，兩路信號再通過高速比較器進行比較，在兩路信號前沿相交的時刻，觸發(fā)定時。前沿定時對信號分別做延時與衰減，信號和外加的直流信號都會被衰減。為避免直流信號在衰減的過程中直流全部被衰減導致無法被后面電路識別，影響定時精確度，人們提出后延恒比定時法。后延恒比定時法對一路信號同時進行衰減和延時處理，另一路保持原信號不變，使得兩路信號在信號的后沿上相交。兩路信號在后沿上相交時，高速比較器產(chǎn)生定時信號，實現(xiàn)恒比定時的功能。后延恒比定法時不但簡化電路結(jié)構(gòu)，也減少定時誤差。

4、在核能探測過程，由于光電探測器產(chǎn)生的閃爍脈沖是具有快速直線上升與緩慢衰減特征的信號，且信號實際存在一定的噪聲波動，在使用傳統(tǒng)的后沿恒比定時法時，在兩路信號的后沿處，會產(chǎn)生多次相交，多次觸發(fā)定時的現(xiàn)象，誤觸現(xiàn)象影響恒比觸發(fā)定時的準確性。因此，針對閃爍脈沖的信號特征，解決恒比定時的誤觸現(xiàn)象、提高恒比定時可靠性、增加系統(tǒng)集成度的交叉型恒比定時技術(shù)很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于lvds的交叉型恒比定時系統(tǒng)及方法，旨在解決傳統(tǒng)恒比定時的方法因產(chǎn)生多次相交、多次觸發(fā)定時而導致定時的準確性較低的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種基于lvds的交叉型恒比定時系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、信號源模塊，用于發(fā)出兩路相同的初始信號；

4、信號放大模塊，其輸入端與所述信號源模塊的輸出端電連接，用于放大其中一路所述初始信號，得到放大信號；

5、信號延時模塊，其輸入端與所述信號放大模塊的輸出端電連接，用于對所述放大信號進行延時，得到延時信號；

6、lvds比較器，其輸入p端與所述信號延時模塊的輸出端電連接，其輸入n端與所述信號源模塊的輸出端電連接，用于比較另一路所述初始信號和所述延時信號的電壓幅值，并輸出數(shù)字信號；

7、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，其輸入端與所述lvds比較器的輸出端電連接，用于記錄所述數(shù)字信號恒比定時觸發(fā)的時間信息。

8、綜上，根據(jù)上述的基于lvds的交叉型恒比定時系統(tǒng)，通過將初始信號分成兩路，并對一路初始信號依次進行放大延時處理，另一路初始信號不處理，而后再通過lvds比較器比較放大延時后得到的延時信號與另一路初始信號的電壓幅值，以保證恒比定時交點位于原信號的后沿與放大延時信號的前沿，有效避免多次觸發(fā)定時的現(xiàn)象，從而能夠提升恒比觸發(fā)定時的可靠性與準確性。

9、進一步地，所述信號源模塊用于根據(jù)以下公式發(fā)出初始信號：

10、

11、其中，f原(x)表示初始信號，a表示初始信號的峰值，t0表示初始信號達到峰值所對應的時刻，t1表示初始信號衰減結(jié)束的時刻。

12、進一步地，所述lvds比較器用于檢測所述延時信號的電壓幅值與所述初始信號的電壓幅值大??；

13、當檢測到所述延時信號的電壓幅值小于或等于所述初始信號的電壓幅值，則輸出低電平的數(shù)字信號；

14、當檢測到所述延時信號的電壓幅值大于所述初始信號的電壓幅值，則輸出高電平的數(shù)字信號。

15、進一步地，定義低電平的數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)為0，高電平的數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)為1。

16、進一步地，根據(jù)以下公式計算得到所述初始信號和所述延時信號的相交時刻：

17、

18、其中，tx表示所述初始信號和所述延時信號的相交時刻，ɑ表示所述信號放大模塊的信號放大系數(shù)，δt表示所述信號延時模塊的延遲時長；

19、設(shè)置所述信號放大模塊的信號放大系數(shù)和所述信號延時模塊的延遲時長，以使所述相交時刻位于初始信號的后沿與延時信號的前沿。

20、進一步地，所述設(shè)置所述信號放大模塊的信號放大系數(shù)和所述信號延時模塊的延遲時長，以使所述相交時刻位于初始信號的后沿與延時信號的前沿的步驟包括：

21、根據(jù)以下公式分別設(shè)置信號放大系數(shù)和延遲時長：

22、to≤δt<t1

23、

24、進一步地，所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊包括：

25、與所述lvds比較器的輸出端電連接的觸發(fā)信號源，所述觸發(fā)信號源用于對所述數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)發(fā)；

26、分別與所述觸發(fā)信號源的輸出端電連接的延時鏈、粗計數(shù)器，定義每當系統(tǒng)時鐘的clk上升沿到來，則粗計數(shù)器的粗計數(shù)值加1，所述粗計數(shù)器用于輸出與所述數(shù)字信號的上升沿對應的粗計數(shù)值，所述延時鏈用于輸出數(shù)量級信號，所述數(shù)量級信號包括至少一個字符，所述字符的個數(shù)與數(shù)字信號的上升沿到下一次系統(tǒng)時鐘的clk上升沿的距離成正比；

27、與所述延時鏈的輸出端電連接的編碼器，所述編碼器用于計算字符的個數(shù)，以輸出細計數(shù)值；

28、與所述編碼器的輸出端和所述粗計時器的輸出端電連接的控制單元，所述控制單元用于根據(jù)所述粗計數(shù)值和細計數(shù)值輸出數(shù)字信號的上升沿的時間信息。

29、進一步地，所述數(shù)量級信號由檢測到數(shù)字信號的上升沿而觸發(fā)，并在下一次系統(tǒng)時鐘的clk上升沿到來而終止。

30、進一步地，根據(jù)以下公式計算得到數(shù)字信號的上升沿的時間信息：

31、時間信息＝粗測量時間-細測量時間

32、粗測量時間＝粗計數(shù)值×粗計數(shù)器時鐘周期

33、細測量時間＝細計數(shù)值×延時鏈每位字符的平均延時。

34、第二方面，本發(fā)明提供一種基于lvds的交叉型恒比定時方法，所述方法包括：

35、用于發(fā)出兩路相同的初始信號；

36、放大其中一路所述初始信號，得到放大信號；

37、對所述放大信號進行延時，得到延時信號；

38、比較另一路所述初始信號和所述延時信號的電壓幅值，并輸出數(shù)字信號；

39、記錄所述數(shù)字信號恒比定時觸發(fā)的時間信息。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有如下優(yōu)點：

41、本發(fā)明通過利用底層的進位延時鏈，并使用時間內(nèi)插法、粗時間、細時間相結(jié)合的方法，構(gòu)建時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，其測量精度可達皮秒級。此外，內(nèi)插技術(shù)結(jié)合了粗計數(shù)器和延時鏈各自的優(yōu)勢，在提高測量精度的同時又有效的保證了較寬的時間測量動態(tài)范圍，進一步提高了測量精度。