一种用于开关电容阵列芯片的时间修正方法技术

本发明专利技术公开了一种用于开关电容阵列芯片时间修正方法，包括：步骤1，将与待测波形形状一致的标定波形作为输入信号输入至开关电容阵列芯片，计算开关电容阵列芯片采样到标定波形的过阈时间点；步骤2，持续输入预定数量的标定波形，利用码密度法统计过阈点的码值得出统计结果，根据统计结果计算出开关电容阵列芯片的采样间隔；步骤3，利用得到的采样间隔修正时间测量结果。这种方法具有计算结果不受芯片非线性相位延时影响、精度高且简单的优点；该方法可应用于基于开关电容阵列芯片的高精度时间测量领域，包括核与粒子物理实验中的飞行时间探测系统和医疗成像领域的PET仪器等。间探测系统和医疗成像领域的PET仪器等。间探测系统和医疗成像领域的PET仪器等。

【技术实现步骤摘要】
一种用于开关电容阵列芯片的时间修正方法


[0001]本专利技术涉及高精度时间测量领域，尤其涉及一种用于开关电容阵列芯片的时间修正方法。

技术介绍

[0002]高精度时间测量广泛应用于各个领域，例如：核与粒子物理实验中的时间飞行探测器系统和医疗成像领域的正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography，PET)系统等。传统的基于定时甄别技术配合时间数字变换器(Time to Digital Converter，TDC)的方法中，定时电路和TDC电路均会影响最终的时间测量精度。近些年由于采样电路采样率的提升，先通过波形数字化技术采样到完整波形，再用数字甄别等数字信号处理方法获得时间信息，能实现比定时甄别配合TDC更高的时间测量精度。传统的波形数字化方法是基于高速模拟数字变化器(Analogue
‑
to
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Digital convertor，ADC)，但有高功耗高成本等问题。近年来，基于开关电容阵列(Switched Capacitor Array，SCA)专用集成电路(Application Specific integrated Circuit，ASIC)的波形数字化技术由于低功耗、低成本和利于多通道集成等优势受到越来越多的关注和研究。
[0003]在主流的高速SCA ASIC中，通常使用反相器延时链来产生采样时钟，相邻采样单元之间的采样间隔由相应反相器的延时决定的。实际芯片中各级反相器的延时受到工艺偏差等影响并不相同，导致各采样间隔之间存在不一致性，这种不一致性严重影响时间测量的精度。一些文献针对该问题提出了时间修正方案，其中修正效果最好的方法是基于超定线性方程组的时间修正法。基于超定线性方程组的时间修正法利用输入正弦波的“过零”时间进行超定线性方程组的构建，并求解出采样间隔。
[0004]以上的方法虽能明显提升时间测量精度，但这些方法的基本前提是各个采样间隔为固定值，在实际应用由于信号的延时与采样单元有关，且信号的相位延时具有非线性，等效的采样间隔会发生变化，因此目前这类方法对时间测量精度的提升有限，尤其在带宽较低的芯片中，各采样单元相位延时的非线性对时间测量精度影响很大。传统方法(如基于超定线性方程组的时间修正法)修正后，测量两脉冲的时间间隔结果如图1所示，能看出波形的过阈点在不同采样单元时测得的时间间隔有所波动，主要原因是SCA芯片的非线性相移，使得等效采样间隔在不同的输入波形下变化。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供了一种用于开关电容阵列芯片的时间修正方法，能得到开关电容阵列芯片内各采样单元之间的采样间隔，对时间测量结果进行修正，进而解决非线性相位延时的影响。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术实施方式提供一种用于开关电容阵列芯片时间修正方法，包括：
[0009]步骤1，采用与待测波形形状一致的标定波形作为待修正的开关电容阵列芯片的输入信号，将不少于预定数量的标定波形输入所述开关电容阵列芯片，计算所述开关电容阵列芯片采样到每个标定波形的过阈时间点，并将得到的各过阈时间点进行编码；
[0010]步骤2，利用码密度法对所述步骤1得到的全部标定波形过阈时间点的编码进行统计，根据统计结果计算出所述开关电容阵列芯片的采样间隔；
[0011]步骤3，利用所述步骤2得到的采样间隔修正所述开关电容阵列芯片的时间测量结果。
[0012]与现有技术相比，本专利技术所提供的用于开关电容阵列芯片时间修正方法，其有益效果包括：
[0013]由于以与待测波形形状一致的标定波形作为待修正开关电容阵列芯片的输入信号，直接对标定波形前沿过阈时间点进行统计，根据统计结果修正时间间隔，与现有基于超定线性方程组的时间修正法相比，由于不利用正弦波，不受非线性相移的影响，修正结果更加精确，且该方法便于在硬件上实现。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为现有基于超定线性方程组的时间修正法修正后测量500000次两时间间隔为0ns脉冲波形，测量得到的时间间隔在其中一个通道的过阈时间点上的分布；
[0016]图2为本专利技术实施例提供的用于开关电容阵列芯片的时间修正方法的流程图；
[0017]图3为本专利技术实施例提供的用于开关电容阵列芯片的时间修正方法的步骤1示意图：
[0018]图4为本专利技术实施例提供的用于开关电容阵列芯片的时间修正方法的步骤2示意图：
[0019]图5为本专利技术实施例提供的时间测量的原理示意图；
[0020]图6为本专利技术实施例提供的10000次时间测量结果的分布图；其中，(a)为未做时间修正的时间测量结果；(b)为经过基于超定线性方程组的时间修正的时间测量结果；(c)为经过本专利技术的时间修正的时间测量结果；
[0021]图7为本专利技术实施例提供的时间修正法修正后测量500000次两时间间隔为0ns脉冲波形，测量得到的时间间隔在其中一个通道的过阈时间点上的分布。
具体实施方式
[0022]下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0023]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
[0024]术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
[0025]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0026]术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
[0027]除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电容阵列芯片时间修正方法，其特征在于，包括：步骤1，采用与待测波形形状一致的标定波形作为待修正开关电容阵列芯片的输入信号，将不少于预定数量的标定波形输入所述开关电容阵列芯片，计算所述开关电容阵列芯片采样到每个标定波形的过阈时间点，并将得到的各过阈时间点进行编码；步骤2，利用码密度法对所述步骤1得到的全部标定波形过阈时间点的编码进行统计，根据统计结果计算出所述开关电容阵列芯片的采样间隔；步骤3，利用所述步骤2得到的采样间隔修正所述开关电容阵列芯片的时间测量结果。2.根据权利要求1所述的用于开关电容阵列芯片的时间修正方法，其特征在于，所述步骤1中，预定数量的标定波形通过以下公式确定，包括：其中，N
t
为所需标定波形的预定数量；N为所述待修正开关电容阵列芯片的采样单元的数量；置信概率为1
‑
α，α取值为0.01～0.1；在α取值为0.01～0.1时，Z
α/2
的取值范围为1.65～2.58；β为置信区间，β取值为0.1～0.01。3.根据权利要求1所述的用于开关电容阵列芯片的时间修正方法，其特征在于，所述步骤1中，与待测波形形状一致的标定波形是由任意波形发生器产生与待测波形形状一致的波形。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：秦家军，何正清，赵雷，安琪，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：