核電子學(xué)方法第五章時(shí)間信息的分析第五章時(shí)間信息的分析§1概 述§2 定時(shí)技術(shù)§3 符合電路§4時(shí)間分析器§5 脈沖外形甄別〔PSD〕終了§1.概 述時(shí)間信息分析所要處理的根本問(wèn)題時(shí)間信號(hào)的檢出前往時(shí)間信息分析所要處理的根本問(wèn)題時(shí)間間隔甄別時(shí)間間隔丈量前往時(shí)間間隔甄別時(shí)間間隔甄別運(yùn)用實(shí)例時(shí)間間隔甄別器的根本功能前往時(shí)間間隔甄別運(yùn)用實(shí)例電子正電子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生μ+和μ-的事例探測(cè)器D1和探測(cè)器D2相距有幾十米以上，對(duì)稱排布，用來(lái)測(cè)定子。由于+和-的動(dòng)量相等，且對(duì)面碰撞，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，和飛行方向相反，飛行速度近似一樣，從對(duì)撞點(diǎn)飛出，應(yīng)幾乎同時(shí)分別擊中D1和D2。隨著擊中D1和D2位置不同信號(hào)S1和S2產(chǎn)生時(shí)辰發(fā)生差別，假設(shè)最大時(shí)差值為5ns，那么S1和S2時(shí)間間隔小于5ns的事例應(yīng)該是+和-事例的的一個(gè)“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(guò)探測(cè)器系統(tǒng)，D1和D2是先后被擊中，S1和S2的時(shí)間間隔將會(huì)大于5ns，不滿足此“候選〞條件，應(yīng)該被排斥掉。需求用一個(gè)時(shí)間間隔甄別器來(lái)作為事例的選擇。前往時(shí)間間隔甄別器的根本功能N個(gè)信號(hào)參與它的輸入端為u1,u2….ui….uN-1,uN，它們分別在ti〔i=1,2…N〕時(shí)辰到達(dá)甄別器的輸入端，其中恣意一對(duì)信號(hào)間的時(shí)間差都滿足：-1<ti－tj<2(1,2>0〕在輸出端產(chǎn)生邏輯信號(hào)輸出，只需有恣意一對(duì)信號(hào)不滿足上述條件，將不產(chǎn)生輸出。經(jīng)常遇到的情況是處置二個(gè)輸入信號(hào)的符合電路，稱為二重符合電路。二個(gè)輸入信號(hào)到達(dá)的時(shí)間分別為t1和t2，假設(shè)滿足-1<t1－t2<2(1,2>0〕在輸出端產(chǎn)生邏輯信號(hào)輸出，否那么將不產(chǎn)生輸出。1＋2為其分辨時(shí)間。選擇1=2=，那么分辨時(shí)間為2〔或稱為符合時(shí)間窗寬〕。具有這種功能的電路通常稱為符合電路，1＋2為其分辨時(shí)間?！惨簿褪菚r(shí)間間隔閾值〕。前往時(shí)間間隔丈量時(shí)間間隔丈量運(yùn)用實(shí)例時(shí)間分析器的根本功能前往時(shí)間間隔丈量運(yùn)用實(shí)例飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器是在高能物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的探測(cè)器系統(tǒng)，用來(lái)丈量帶電粒子的飛行時(shí)間，其主要功能是經(jīng)過(guò)所丈量粒子的飛行時(shí)間信息，結(jié)合其它探測(cè)器測(cè)得粒子的動(dòng)量和徑跡，從而區(qū)分粒子的種類。丈量探測(cè)器的信號(hào)和e+e-的作用發(fā)生時(shí)辰之間的時(shí)間間隔，就可以丈量到粒子的飛行時(shí)間信息。前往時(shí)間分析器的根本功能由時(shí)間間隔編碼器與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組成的時(shí)間分析器，用來(lái)完成時(shí)間間隔丈量。時(shí)間間隔編碼電路是時(shí)間間隔丈量中關(guān)鍵部件，通常稱它為時(shí)間－數(shù)字轉(zhuǎn)換器〔TDC,TimetoDigitConversion〕。輸出端的數(shù)碼值為

其中T0為L(zhǎng)SB所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔。TDC的輸出再送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進(jìn)展數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，它的功能與多道幅度分析器中數(shù)據(jù)獲取系一致樣。前往時(shí)間信號(hào)的檢出無(wú)論是送到符合電路還是送到TDC的信號(hào)，要求它的出現(xiàn)時(shí)辰與粒子擊中探測(cè)器的時(shí)辰能準(zhǔn)確地相對(duì)應(yīng)。事件的產(chǎn)生到信號(hào)進(jìn)入時(shí)間信息分析電路之間，大體上如以下過(guò)程所示：核事件產(chǎn)生粒子→探測(cè)器被擊中〔t0時(shí)辰〕→探測(cè)器信號(hào)輸出〔t1時(shí)辰出現(xiàn)信號(hào)〕→電子學(xué)電路信號(hào)處置〔放大、成形等〕→時(shí)檢電路檢出信號(hào)送到時(shí)間信號(hào)分析電路或符合電路輸入端〔t0’時(shí)辰出現(xiàn)信號(hào)〕。時(shí)間信號(hào)的檢出在討論時(shí)間信號(hào)檢出時(shí)，從探測(cè)器輸出的電流信號(hào)有以下幾點(diǎn)需求思索：延遲。t1在t0之后一定時(shí)間之后出現(xiàn)展寬。實(shí)踐的電流信號(hào)不是一個(gè)信號(hào)漲落。(t0’-t0)是一個(gè)隨機(jī)量，而且信號(hào)外形也會(huì)隨機(jī)變化。時(shí)檢電路的功能是使的漲落盡能夠小，或者說(shuō)的晃動(dòng)很小。前往§2 .定時(shí)技術(shù)產(chǎn)生時(shí)間晃動(dòng)的幾個(gè)主要要素時(shí)間晃動(dòng)大小的度量前沿定時(shí)甄別器-固定閾值甄別器恒比定時(shí)甄別器〔CFD〕幅度和上升時(shí)間補(bǔ)償定時(shí)〔ARC〕前往產(chǎn)生時(shí)間晃動(dòng)的幾個(gè)主要要素輸入到時(shí)間信息分析系統(tǒng)的信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間晃動(dòng)主要有以下幾個(gè)要素：探測(cè)器的固有晃動(dòng)。噪聲引起時(shí)檢電路輸出的時(shí)間晃動(dòng)。幅度時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。以上幾種要素在不同條件下對(duì)晃動(dòng)所起的影響是不一樣的，因此要詳細(xì)加以分析，分清主次。著重分析幅度和上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生的時(shí)間晃動(dòng)及其處理方法。前往探測(cè)器的固有晃動(dòng)不同的探測(cè)元件電流信號(hào)輸出的時(shí)間晃動(dòng)不一樣，它的產(chǎn)生緣由也不一樣，大致由于載流子在探測(cè)器內(nèi)運(yùn)動(dòng)途徑不同呵斥的。例：閃爍體和光電倍加管〔PMT〕組成的閃爍計(jì)數(shù)器，由于粒子擊中的位置不同使光傳輸?shù)絇MT的時(shí)間不同，使得其輸出信號(hào)的時(shí)間發(fā)生差別，而擊中的位置往往是隨機(jī)的，因此信號(hào)輸出的時(shí)間產(chǎn)生時(shí)間晃動(dòng)。前往噪聲引起時(shí)檢電路輸出的時(shí)間晃動(dòng)噪聲疊加在信號(hào)之上將引起時(shí)檢電路輸出的時(shí)間晃動(dòng)。前往幅度時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)不同幅度經(jīng)過(guò)時(shí)檢電路之后在輸出時(shí)間上產(chǎn)生差別，探測(cè)器輸出信號(hào)幅度的隨機(jī)變化呵斥了時(shí)間上晃動(dòng)，稱為幅度時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。前往上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)不同上升時(shí)間的信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)檢電路之后會(huì)產(chǎn)生在輸出信號(hào)時(shí)間上差別，而有些探測(cè)元件輸出信號(hào)上升時(shí)間也存在隨機(jī)變化，這也就帶來(lái)了時(shí)檢電路的輸出信號(hào)在時(shí)間上晃動(dòng)。這稱為上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。前往時(shí)間晃動(dòng)大小的度量時(shí)檢電路信號(hào)輸出與粒子擊中探測(cè)器之間的時(shí)間差td=〔t0’-t0〕是隨機(jī)量，它服從一定的分布規(guī)律，td的概率密度函數(shù)為Pd〔td〕，可以得到各級(jí)矩：由此推知td的隨機(jī)變化情況，來(lái)度量的晃動(dòng)大小。普通可以假設(shè)td服從高斯分布，和是關(guān)鍵參量作為時(shí)間晃動(dòng)的度量時(shí)間晃動(dòng)大小的度量二個(gè)信號(hào)時(shí)間間隔及其晃動(dòng)量時(shí)間晃動(dòng)大小的度量時(shí)間晃動(dòng)實(shí)驗(yàn)丈量在實(shí)驗(yàn)上可以用同一瞬間產(chǎn)生兩個(gè)粒子的放射源〔如60Co源，幾乎是同時(shí)發(fā)射兩個(gè)粒子[1和2]〕；丈量計(jì)數(shù)隨τ〔即時(shí)間間隔〕值變化曲線，圖中求得和半高全寬時(shí)間FWHMtd,時(shí)間晃動(dòng)為前往前沿定時(shí)甄別器-固定閾值甄別器前沿定時(shí)特性分析根本電路構(gòu)型前往前沿定時(shí)特性分析〔一〕將輸入信號(hào)前沿近似看成線性上升，可用下述關(guān)系表示：輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間延遲可以表示為：其中ti為輸入信號(hào)從出現(xiàn)到上升為VT所需時(shí)間，t為渡越時(shí)間，假定在快甄別器情況下，t很小，暫不加以思索。在Vi由Vi1變?yōu)閂i2時(shí)，Vi=(Vi1-Vi2)，假設(shè)Vi很小，那么輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間延遲差td=(t2-t1)應(yīng)為：td隨Vi變化而發(fā)生變化稱為幅度時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。顯而可見(jiàn)VT和tm越小，td變化量就越小，幅度時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)就越小前沿定時(shí)特性分析〔二〕上述討論在Vi很小情況下，假設(shè)Vi變化很大時(shí)，服從某一種分布規(guī)律，要得到td必需Vi的概率密度函數(shù)求得td的概率密度函數(shù)，得到td。假設(shè)達(dá)峰時(shí)間tm發(fā)生變化〔也就是上升時(shí)間發(fā)生變化〕，延遲時(shí)間的變化為：這稱為上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。前往根本電路構(gòu)型高速運(yùn)算放大器〔例如THS3201、OPA847等〕構(gòu)成的施米特甄別器；高速比較器〔例如AD96687〕構(gòu)成的截止式放大器型甄別器；雙閾甄別電路。高速比較器AD96687構(gòu)成的甄別器雙閾甄別電路由于幅度效應(yīng)，前沿定時(shí)會(huì)有較大的定時(shí)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(huì)明顯引起噪聲誤觸發(fā)，為此，設(shè)計(jì)了雙閾甄別電路，采用低閾定時(shí)，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)引起的時(shí)間游動(dòng)甄別器需求有穩(wěn)定的閾電壓。閾電壓的產(chǎn)生程控設(shè)置的DAC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(duì)DAC提供的輸出電壓采取了衰減和有源濾波等有效措施。前往恒比定時(shí)甄別器〔CFD〕提出恒比定時(shí)的根本思緒恒比定時(shí)甄別原理恒比定時(shí)甄別器實(shí)現(xiàn)前往提出恒比定時(shí)的根本思緒前沿定時(shí)除了由幅度游動(dòng)效應(yīng)引起較大晃動(dòng)之外，觸發(fā)比不恒定也是一個(gè)缺陷。探測(cè)器的固有時(shí)間晃動(dòng)往往與外電路搜集到的電荷量與總電荷量比值有關(guān)，在某一比值時(shí)，固有時(shí)間晃動(dòng)可到達(dá)最小。這一比值卻好就是觸發(fā)比P:P=VT/Vi假設(shè)能對(duì)每一個(gè)信號(hào)作到恒定的觸發(fā)比，就可以選擇適宜的比值，使探測(cè)器的固有時(shí)間晃動(dòng)最小。同時(shí)能抑制幅度游動(dòng)效應(yīng)。前往恒比定時(shí)甄別原理用經(jīng)延遲后的輸入信號(hào)與經(jīng)過(guò)衰減倒相后信號(hào)相加之后產(chǎn)生一個(gè)雙極性信號(hào)，該信號(hào)從負(fù)極性變到正極性的過(guò)零時(shí)辰與信號(hào)幅度無(wú)關(guān)，在此時(shí)辰的信號(hào)值與總幅度之比為一恒值。過(guò)零甄別器起到在雙極性信號(hào)的過(guò)零時(shí)辰檢出信號(hào)的作用。恒比定時(shí)甄別原理用ui(t)來(lái)近似描畫輸入信號(hào):經(jīng)過(guò)衰減倒相后信號(hào)〔其中為衰減因子〕：經(jīng)延遲后的信號(hào)恒比定時(shí)甄別原理經(jīng)過(guò)相加電路之后是一個(gè)雙極性信號(hào)：從負(fù)極性變到正極性的過(guò)零時(shí)辰：由此可知(1)過(guò)零點(diǎn)與信號(hào)幅度無(wú)關(guān)(2)在tz時(shí)辰，對(duì)于任何幅度都一樣。因此tz是一個(gè)理想的時(shí)辰，既抑制了游動(dòng)效應(yīng)，又在此時(shí)辰的信號(hào)值與總幅度之比為一恒值。在這一時(shí)辰檢出信號(hào)可以到達(dá)恒比定時(shí)的目的。圖中過(guò)零甄別器ZCD起到在時(shí)辰檢出信號(hào)的作用前往恒比定時(shí)甄別器實(shí)現(xiàn)門控型恒比定時(shí)甄別器雙予甄別門控型恒比定時(shí)甄別器雙極性信號(hào)成形方法前往門控型恒比定時(shí)甄別器前往雙予甄別門控型恒比定時(shí)甄別器成形電路采用恒比成形時(shí)，經(jīng)常取其延遲電路的延遲時(shí)間略大于tm，但對(duì)于小幅度輸入信號(hào)，特別是剛過(guò)閾值的信號(hào)，觸發(fā)時(shí)間已接近而超閾幅度很小，因此甄別器的渡越時(shí)間比較長(zhǎng)，有能夠使前沿甄別器輸出信號(hào)落在過(guò)零時(shí)辰之后，這樣一來(lái)就成為前沿定時(shí)了。因此，上述電路對(duì)小信號(hào)〔即剛過(guò)觸發(fā)閾的信號(hào)〕就起不到恒比定時(shí)作用了。為此，提出一種改良方案，即雙予甄別門控型恒比定時(shí)甄別器，它是在門控型恒比定時(shí)甄別器電路根底上再加上一個(gè)固定閾值甄別器DT，其閾值比的閾值要大。在小信號(hào)時(shí)〔即輸入信號(hào)幅度略大于VTP〕不能觸發(fā)DT，因此最后不產(chǎn)生輸出。只需輸入信號(hào)幅度大于VTT才干觸發(fā)DT，產(chǎn)生最后輸出，這時(shí)DP的輸出信號(hào)不會(huì)落在過(guò)零時(shí)辰之后，保證了恒比定時(shí)。但是這樣也會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，輸出信號(hào)前沿時(shí)辰在略超越情況下亦會(huì)落在之后，又將呵斥輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的前沿定時(shí)時(shí)辰。為此在門Y1輸出處加上一延遲線作適當(dāng)延遲，以保證輸出信號(hào)前沿在DT輸出信號(hào)之后。前往雙極性信號(hào)成形方法延遲線成形RC成形輸入信號(hào)Vi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(hào)Vc是Vi的低通濾波輸出，它在時(shí)間上比輸入信號(hào)滯后。比較器的同相、反相輸入端之間的電壓差為：Vr(t)=Vi(t)-Vc(t)=Ri(t)=RCdVc(t)/dt在電容器上電壓到達(dá)峰值之后，積分電阻上的電流方向改動(dòng)，引起比較器輸出的翻轉(zhuǎn)。由于電阻電容組成的是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，Vr(t)的過(guò)零點(diǎn)與輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了恒比定時(shí)功能。前往幅度和上升時(shí)間補(bǔ)償定時(shí)〔ARC〕恒比定時(shí)僅僅處理了幅度游動(dòng)效應(yīng)，未曾處理上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。ARC定時(shí)可同時(shí)處理幅度和上升時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)。它的電路構(gòu)造完全與恒比定時(shí)一樣。但延遲時(shí)間td應(yīng)滿足：相加后輸出信號(hào)應(yīng)為解得在ARC定時(shí)中對(duì)于延遲信號(hào)的觸發(fā)比對(duì)于衰減倒置信號(hào)的觸發(fā)比在tm不是常數(shù)時(shí)，和也就不是常數(shù)，因此不是真正恒比。前往§3 .符合電路符合電路根本構(gòu)造符合曲線快-慢符合符合電路實(shí)例前往符合電路根本構(gòu)造二個(gè)輸入信號(hào)分別經(jīng)過(guò)定時(shí)成形電路之后，使其輸出信號(hào)前沿晃動(dòng)很小，以寬度分別為Tw1和Tw2信號(hào)參與符合門電路，只需當(dāng)二個(gè)信號(hào)發(fā)生重疊時(shí)符合門才有信號(hào)輸出，此信號(hào)再經(jīng)過(guò)甄別成形之后輸出。設(shè)二個(gè)輸入信號(hào)到達(dá)時(shí)間分別為t1和t2，只需滿足符合門才有輸出，其分辨時(shí)間應(yīng)為：符合電路根本構(gòu)造以上討論是在理想條件下得到的，即(1)輸?shù)椒祥T的信號(hào)是理想矩形脈沖。(2)符合門和甄別成形電路的渡越時(shí)間為零。前往符合曲線為了測(cè)定符合系統(tǒng)〔包括探測(cè)器在內(nèi)〕的時(shí)間分辨才干，常利用同一瞬間產(chǎn)生兩個(gè)粒子的放射源、或用激發(fā)態(tài)壽命遠(yuǎn)小于系統(tǒng)定時(shí)誤差的放射源來(lái)測(cè)定系統(tǒng)的瞬時(shí)符合曲線。在兩路信號(hào)通道中，用可變延遲線引入它們之間時(shí)間上相對(duì)延遲，測(cè)定符合系統(tǒng)的輸出信號(hào)計(jì)數(shù)率和相對(duì)延遲量的關(guān)系曲線，此曲線就是瞬間符合曲線。從瞬時(shí)符合曲線，可以求得符合系統(tǒng)的分辨時(shí)間和效率。電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線物理瞬時(shí)符合曲線前往電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線用一個(gè)信號(hào)源替代放射源和探測(cè)器作為二路符合的輸入，測(cè)得瞬時(shí)符合曲線僅反映電路本身的特性，稱為電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線。調(diào)理相對(duì)延遲量，符合電路輸出信號(hào)送入到一個(gè)計(jì)數(shù)器去，測(cè)得計(jì)數(shù)率，可以求得相對(duì)計(jì)數(shù)率與延遲量的關(guān)系曲線，此曲線即為電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線，也就是符合電路產(chǎn)生輸出的概率函數(shù)。電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線在理想條件下為曲線1假設(shè)思索到：(1)輸入信號(hào)有一定上升和下降時(shí)間，而符合門有一定門檻電平，因此對(duì)符合門輸入來(lái)說(shuō)，有效寬度變小了。(2)二個(gè)信號(hào)重合時(shí)間減小到一定寬度時(shí)，由于符合門和其后繼甄別電路有一定渡越時(shí)間，當(dāng)重合時(shí)間太窄時(shí)，不能呼應(yīng)，這相當(dāng)于減小了有效寬度。(3)思索到噪聲疊加在信號(hào)、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。由于以上緣由，瞬時(shí)符合曲線不僅寬度減小，而且外形上偏離了矩形，為曲線2。這就是實(shí)踐電子學(xué)瞬時(shí)符合曲線。符合分辨時(shí)間定義為瞬時(shí)符合曲線的半高全寬FWHM，從圖中曲線2可以求得電子學(xué)分辨時(shí)間前往物理瞬時(shí)符合曲線用瞬時(shí)符合放射源和探測(cè)器系統(tǒng)替代信號(hào)源作為符合電路信號(hào)輸入，測(cè)得的相對(duì)計(jì)數(shù)率與延遲量的關(guān)系曲線為物理瞬時(shí)符合曲線，此曲線包括了探測(cè)器和定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間晃動(dòng)及偶爾符合等要素。物理瞬時(shí)符合曲線真符合事件測(cè)得的物理瞬時(shí)符合曲線應(yīng)為輸入到符合電路二信號(hào)時(shí)差的概率密度函數(shù)與電子學(xué)瞬時(shí)符合函數(shù)的卷積E與值相近時(shí)真符合事件最大輸入計(jì)數(shù)率偶爾符合計(jì)數(shù)率真符合事件計(jì)數(shù)率為時(shí)差漲落的方差E為電子學(xué)分辨時(shí)間物理曲線外形與電子學(xué)曲線類似曲線高度下降，外形變窄，平頂部分消逝，這是由于真符合計(jì)數(shù)被喪失了物理瞬時(shí)符合曲線在實(shí)踐丈量中，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(gè)探測(cè)器，它們有能夠在分辨時(shí)間之內(nèi)隨機(jī)地進(jìn)入符合電路各輸入端而產(chǎn)生輸出，稱這種符合為偶爾符合。顯而易見(jiàn)，偶爾符合應(yīng)與二個(gè)電路相對(duì)延遲時(shí)間無(wú)關(guān)。偶爾符合計(jì)數(shù)為：隨著E添加，W(td)曲線高度平移地升高。這正是偶爾符合所呵斥的。WE(td)把看成寬度為E，高度為1的矩形函數(shù)物理瞬時(shí)符合曲線由于時(shí)間漲落的影響，一對(duì)真符合信號(hào)到達(dá)符合電路的時(shí)差出現(xiàn)晃動(dòng)，當(dāng)E選得較小時(shí)真符合事件能夠漏記，呵斥真符合計(jì)數(shù)損失。E越小，損失越多。E獲得較大時(shí)符合曲線出現(xiàn)平頂，其符合事件可被全部記錄下來(lái)。時(shí)差的漲落對(duì)計(jì)數(shù)率的影響可以忽略。E增大，偶爾符合計(jì)數(shù)也正比地增大，偶爾符合與真符合計(jì)數(shù)之比隨之增大。從符合曲線中求得偶爾符合計(jì)數(shù)雖然可以再?gòu)膶?shí)踐曲線中扣除偶爾符合計(jì)數(shù)而得到真符合計(jì)數(shù)，但這樣會(huì)使統(tǒng)計(jì)誤差增大。分辨時(shí)間E的選擇要綜合加以思索。從時(shí)間分辨和減小偶爾符合角度來(lái)看，E取小些為好；從真符合計(jì)數(shù)損失來(lái)看，E不能獲得太小。符合系統(tǒng)所能到達(dá)的最小分辨時(shí)間，根本上取決于探測(cè)器和定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間漲落大小。前往快-慢符合時(shí)間上相關(guān)的事件本身還存在一些特點(diǎn)，例如粒子的能量有一定范圍，也就是說(shuō)信號(hào)的幅度落在一定范圍之內(nèi)。在時(shí)間符協(xié)作為根本條件之下用幅度選擇作為輔助措施來(lái)減小偶爾符合。事例的候選條件除了時(shí)間甄別之外，再加上幅度甄別。但是，經(jīng)過(guò)幅度甄別之后的信號(hào)往往時(shí)間晃動(dòng)都很大，因此在幅度甄別之后再進(jìn)展符合，其分辨時(shí)間不能獲得很小，否那么會(huì)降低效率〔真符合計(jì)數(shù)損失添加〕，但增大分辨時(shí)間又會(huì)使偶爾符合添加。為理處理這個(gè)矛盾，常采用快慢符合技術(shù)。快-慢符合探測(cè)器信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)檢電路后進(jìn)入快符合電路，因此時(shí)間晃動(dòng)很小，可選取很小的分辨時(shí)間。同時(shí)，這一對(duì)探測(cè)器信號(hào)又分別經(jīng)過(guò)單道分析器進(jìn)展幅度選擇。只需在時(shí)間和幅度上都滿足給定條件時(shí)，三重慢符合電路才產(chǎn)生輸出。其中延遲線td是為了補(bǔ)償單道分析器產(chǎn)生的時(shí)延。前往符合電路實(shí)例四路輸入信號(hào)先經(jīng)MC10E1651比較器甄別輸出，然后用MC10EL01D進(jìn)展“與〞或者“或〞邏輯，再經(jīng)過(guò)單穩(wěn)態(tài)芯片MC10198調(diào)理輸出脈沖寬度，最后分別轉(zhuǎn)換成快NIM和TTL輸出。最小時(shí)間窗可到達(dá)2ns。前往§4.時(shí)間分析器時(shí)間分析器的構(gòu)成時(shí)間－數(shù)字變換TDC時(shí)間-幅度變換器〔TAC〕基于幅度-時(shí)間修正的時(shí)間間隔丈量前往時(shí)間分析器的構(gòu)成常用的有兩類時(shí)間分析器二個(gè)信號(hào)參與到時(shí)間間隔編碼電路即TDC，TDC輸出的數(shù)碼正比于信號(hào)間的時(shí)間間隔，再將其送入數(shù)據(jù)獲取和處置系統(tǒng)；二個(gè)信號(hào)輸入到時(shí)間間隔幅度變換電路即TAC，TAC的輸出幅度正比于信號(hào)間的時(shí)間間隔，然后送到ADC，進(jìn)展幅度-數(shù)字變換，再送入數(shù)據(jù)獲取與處置系統(tǒng)。時(shí)間分析器的構(gòu)成時(shí)間分析器用來(lái)丈量時(shí)間譜，即計(jì)數(shù)隨時(shí)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)。關(guān)鍵部分是TDC和TAC前往時(shí)間－數(shù)字變換TDC起始停頓計(jì)數(shù)器型TDC基于時(shí)間內(nèi)插技術(shù)〔TimeInterpolating〕的TDC基于時(shí)間郵戳〔TimeStamp〕技術(shù)的TDC基于時(shí)間放大技術(shù)的TDC前往起始停頓計(jì)數(shù)器型TDC待測(cè)的起始〔start〕和停頓〔stop〕二個(gè)信號(hào)分別輸入到觸發(fā)觸復(fù)器〔FF〕S和R二端，F(xiàn)F輸出信號(hào)T的寬度應(yīng)為二個(gè)輸入信號(hào)的時(shí)間間隔,用來(lái)控制時(shí)鐘門And，時(shí)鐘振蕩器的時(shí)鐘脈沖加到時(shí)鐘門輸入端，因此經(jīng)過(guò)時(shí)鐘門的脈沖個(gè)數(shù)m將正比于信號(hào)T的寬度，即正比于二個(gè)輸入信號(hào)的時(shí)間間隔tm=tstop-tstartm=[(tstop-tstart)/T0]取整數(shù)T0為時(shí)鐘脈沖的周期。再將此系列脈沖輸入到計(jì)數(shù)器，進(jìn)展串行-并行變換，經(jīng)過(guò)譯碼后以二進(jìn)制數(shù)碼并行輸出。計(jì)數(shù)器目前多采用Gray碼計(jì)數(shù)器。起始停頓計(jì)數(shù)器型TDC直接計(jì)數(shù)器型TDC的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，大尺度時(shí)間丈量范圍，且全數(shù)字化，易于集成。時(shí)間精度〔一個(gè)LSB代表的時(shí)間間隔量〕遭到時(shí)鐘頻率以及它的穩(wěn)定性限制，由于高時(shí)鐘頻率〔1GHz以上〕在工藝和電路構(gòu)造上要付出很高代價(jià)。這種TDC的時(shí)間精度在ns量級(jí)。采用自激時(shí)鐘振蕩器會(huì)呵斥2T0的誤差，采用它激時(shí)鐘振蕩器誤差可以減小到1T0，但是在普通情況下，振蕩器起振階段，頻率和幅度不穩(wěn)定，也會(huì)帶來(lái)誤差。前往自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，但在某些情況，例如從十進(jìn)制的3轉(zhuǎn)換為4時(shí)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。而格雷碼那么沒(méi)有這一缺陷，它在相鄰位間轉(zhuǎn)換時(shí)，只需一位產(chǎn)生變化。它大大地減少了由一個(gè)形狀到下一個(gè)形狀時(shí)邏輯的混淆。格雷碼僅改動(dòng)一位，這樣與其它編碼同時(shí)改動(dòng)兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯(cuò)的能夠性。

前往基于時(shí)間內(nèi)插技術(shù)〔TimeInterpolating〕的TDC要滿足高時(shí)間精度和大尺度丈量范圍的TDC目前采用所謂的“粗〞計(jì)數(shù)〔CoarseCounting〕和“細(xì)〞時(shí)間丈量〔FineMeasurement〕相結(jié)合的方法。這種方法中，“粗〞計(jì)數(shù)普通由高性能的直接計(jì)數(shù)器型TDC。運(yùn)用的參考時(shí)鐘頻率普通在數(shù)百M(fèi)Hz，到達(dá)幾個(gè)ns的時(shí)間精度；而“細(xì)〞時(shí)間丈量的實(shí)現(xiàn)那么依托時(shí)間內(nèi)插技術(shù)〔TimeInterpolation〕，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)展時(shí)間內(nèi)插，到達(dá)亞納秒〔100ps~10ps〕的時(shí)間分辨。時(shí)間內(nèi)插技術(shù)的根本思想是采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ⅰ按吱曈?jì)數(shù)運(yùn)用的參考時(shí)鐘的周期細(xì)分為M個(gè)等分，并利用其將被測(cè)時(shí)間間隔與“粗〞計(jì)數(shù)器記錄的時(shí)間(nT0)之差記錄下來(lái)，等效于將時(shí)鐘信號(hào)的頻率提高了M倍。一個(gè)直接的方法就是利用假設(shè)干個(gè)等分的時(shí)間延遲單元，如M個(gè)抽頭“延遲線〞來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間內(nèi)插?；跁r(shí)間內(nèi)插技術(shù)〔TimeInterpolating〕的TDC受Start和Stop控制的250MHz頻率的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)n位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，產(chǎn)生4ns時(shí)間分辨的“粗〞計(jì)數(shù)。同時(shí)在時(shí)鐘通道中插入一個(gè)8抽頭“延遲線〞，各抽頭組成0.5ns的延遲單元，其輸出被送入各符合電路的相應(yīng)輸入端，Stop信號(hào)那么作為一個(gè)公共信號(hào)送入各符合電路的另一輸入端，與延遲線上傳輸?shù)男盘?hào)做符合，記錄下當(dāng)Stop信號(hào)到來(lái)時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)在“延遲線〞上傳輸?shù)奈恢茫囱舆t的時(shí)間量。該信息經(jīng)譯碼電路給出時(shí)間數(shù)據(jù)的最低的3位數(shù)據(jù)，相當(dāng)于將“粗〞時(shí)間計(jì)數(shù)的時(shí)鐘周期細(xì)分了8個(gè)等分，實(shí)現(xiàn)了0.5ns的時(shí)間分辨。幾種“延遲線〞技術(shù)門電路組成的延遲電路鎖相環(huán)〔PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱為：PLL〕技術(shù)延遲鎖定環(huán)〔DelayLockedLoop，簡(jiǎn)稱為：DLL〕技術(shù)無(wú)源RC延遲線前往門電路組成的延遲電路通常是由兩個(gè)CMOS反向器門電路構(gòu)成一個(gè)延遲單元。時(shí)間分辨那么由一個(gè)延遲單元的延遲時(shí)間所決議。這種方法電路簡(jiǎn)單，占用較少的資源，易于與其它電路部分集成為單片的TDC集成芯片。缺陷是門電路的延遲時(shí)間容易遭到供電電壓動(dòng)搖和溫度變化的影響而產(chǎn)生變化，需求經(jīng)常進(jìn)展刻度。前往鎖相環(huán)技術(shù)在時(shí)間內(nèi)插電路運(yùn)用中，門電路延遲線是作為VCO〔VoltageControlledOscillator〕的一部分放在環(huán)中，構(gòu)成一個(gè)環(huán)形振蕩器，振蕩周期由門電路的延遲時(shí)間所決議。當(dāng)供電電壓變化或者是溫度變化時(shí)，利用負(fù)反響機(jī)制，改動(dòng)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(shí)間，穩(wěn)定VCO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(lái)的延遲時(shí)間變化。另外，這種電路還具有易于集成，功耗小的優(yōu)點(diǎn)。前往延遲鎖定環(huán)技術(shù)DLL技術(shù)與PLL技術(shù)很類似，也是將門電路延遲線放在反響環(huán)中，經(jīng)過(guò)相位檢測(cè)，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(shí)間。在DLL電路中，輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘直接與其經(jīng)過(guò)門電路延遲線后的信號(hào)進(jìn)展相位檢測(cè)。門電路延遲線并不構(gòu)成閉環(huán)構(gòu)造，所以不存在VCO電路，而是構(gòu)成一個(gè)所謂的VCDL〔VoltageControlledDelayLine〕電路。前往無(wú)源RC延遲線DLL電路的每個(gè)延遲單元輸出都同時(shí)送入各Hit存放器的相應(yīng)D輸入端，當(dāng)一個(gè)物理事例信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，Hit信號(hào)經(jīng)一個(gè)RC延遲線，產(chǎn)生M個(gè)不同相位延遲的信號(hào)將當(dāng)前DLL的時(shí)鐘沿形狀記錄下來(lái)。設(shè)RC延遲線的單元延遲時(shí)間等于tN/M，那么所得到時(shí)間精度為：Tbin=TRef/N.M，其中，N為DLL的延遲單元個(gè)數(shù)，M為RC延遲線的延遲單元個(gè)數(shù)。前往基于時(shí)間郵戳〔TimeStamp〕技術(shù)的TDC傳統(tǒng)的TDC丈量時(shí)間間隔采用所謂的“Start-Stop〞技術(shù)，即用Start信號(hào)啟動(dòng)TDC計(jì)數(shù)，用Stop信號(hào)停頓計(jì)數(shù)。把Start和Stop都作為一個(gè)擊中〔HIT〕，時(shí)間郵戳〔TimeStamp，或稱為時(shí)間標(biāo)志〕技術(shù)是經(jīng)過(guò)記錄每個(gè)HIT發(fā)生的時(shí)辰，再由數(shù)據(jù)處置電路〔如DSP〕計(jì)算得到HIT之間的時(shí)間間隔，這已成為比較通用的方法。HIT發(fā)生的時(shí)辰的記錄是采用“粗〞計(jì)數(shù)和“細(xì)〞時(shí)間丈量相結(jié)合方法，“細(xì)〞時(shí)間丈量采用“延遲線〞時(shí)間內(nèi)插和符合方法?；跁r(shí)間郵戳〔TimeStamp〕技術(shù)的TDC歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室推出的通用性極強(qiáng)的高集成度TDC芯片HPTDC基于時(shí)間郵戳技術(shù)的TDC，時(shí)間精度為~25ps。ACAM公司的GPX和GP2是基于時(shí)間郵戳技術(shù)的TDC商業(yè)產(chǎn)品。時(shí)間精度也在幾十ps。前往基于時(shí)間放大技術(shù)的TDCWilkinson型TDC游標(biāo)尺〔Vernier〕計(jì)時(shí)器前往Wilkinson型TDCWilkinson型TDC是上世紀(jì)50年代提出的，其根本思想是基于所謂的時(shí)間放大〔TimeStretch〕原理，人們也常稱其為雙斜率型TDC。這種TDC是電路中采用兩個(gè)不同的恒流源I1和I2。采用大電流I1對(duì)電容快速充電，充電時(shí)間T1正比于輸入信號(hào)Start和Stop的時(shí)間差。而在數(shù)字化時(shí)，采用小電流I2放電，同時(shí)用一個(gè)高速計(jì)數(shù)器在充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2內(nèi)進(jìn)展時(shí)鐘計(jì)數(shù)。很顯然，計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)N正比于輸入的Start和Stop信號(hào)的時(shí)間差。而時(shí)間放大因子K那么由兩個(gè)恒流源電流的比值K=T2/T1=I1/I2確定。這種TDC有較大的變換〔死〕時(shí)間，約等于〔K+1〕T1，不適宜高計(jì)數(shù)率運(yùn)用。前往游標(biāo)尺〔Vernier〕計(jì)時(shí)器二個(gè)信號(hào)分別參與到起始端和停頓端，觸發(fā)T1和T2兩個(gè)振蕩器后參與符合門，用符合輸出作為二個(gè)封鎖振蕩器的關(guān)門信號(hào)用振蕩器T1輸出的信號(hào)作為地址存放器〔計(jì)數(shù)器〕的輸入，作串行-并行變換后輸出數(shù)碼。游標(biāo)尺〔Vernier〕計(jì)時(shí)器兩個(gè)門控振蕩器產(chǎn)生頻率略微不同的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，其頻率分別為f1=1/T1和f2=1/T2，T1>T2，T=T1-T2=T1/K，CP1為T1輸出，它的第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)辰為TA1，第i個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)辰為TAi;CP2為T2輸出，它的第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)辰為TB1，第i個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)辰為TBi；Tx=TB-TA為待測(cè)時(shí)間間隔，有：為時(shí)間脈沖寬度，取T，當(dāng)TBm-TAm<時(shí)，符合門就有輸出，而封鎖二個(gè)振蕩器。輸入到地址存放器的脈沖個(gè)數(shù)為m，這種TDC的時(shí)間道寬為T，將二個(gè)振蕩器的頻率差做得很小，就可以獲得很小的時(shí)間道寬。游標(biāo)尺〔Vernier〕計(jì)時(shí)器二個(gè)輸入信號(hào)之間時(shí)間間隔為Tx=TB-TA，而時(shí)鐘振蕩器起振與停頓的時(shí)間間隔為Ty=Tam-T1＝(m-1)T1，是進(jìn)展一次變換所需求時(shí)間，游標(biāo)尺計(jì)時(shí)器等效于一對(duì)時(shí)間信號(hào)將其時(shí)間間隔放大了K倍之后再去控制一個(gè)時(shí)鐘門。前往時(shí)間幅度變換器〔TAC〕TAC根本原理TAC實(shí)例前往TAC根本原理時(shí)間-幅度變換是把兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間間隔長(zhǎng)短轉(zhuǎn)換成一個(gè)幅度與其間隔成正比的輸出信號(hào)最方便的方法是在此間隔內(nèi)對(duì)電容器進(jìn)展恒流充電,靜態(tài)時(shí)S1和S2閉合，C上電壓為零，起始信號(hào)將S1斷開(kāi)，恒流源對(duì)C充電，C上電壓線性上升，停頓信號(hào)將S2斷開(kāi)，C上的電壓正比于兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間間隔。電容器上堅(jiān)持住的電壓為Vc=I·tx/C，tx為二個(gè)輸入信號(hào)的時(shí)間間隔。前往TAC實(shí)例初始形狀，S1、S2和S4斷開(kāi)，S3導(dǎo)通；Start信號(hào)輸入，S1andS4導(dǎo)通，S3斷開(kāi)，恒流源I