[发明专利]对TDC进行非线性校正的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及时间数字转换技术领域，尤其涉及一种对用于辐射探测器中的时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)进行非线性校正的方法和装置。

背景技术

时间数字转换技术是建立在R.Nutt在1968年提出了延迟线结构基础之上的。所谓的延迟线是由一组延迟单元组成的，理论上这组延迟单元传播时延时相等，都为τ。而时间间隔的测量就是通过两次脉冲信号在延迟线上的传播进行采样实现的，其基本结构如图1所示。图1中，整条延迟线由一组延迟时间为τ的延迟单元组成，每个延迟单元配合一个触发器，这里的延迟单元是电平触发，而不是边沿触发；触发器刚好相反是边沿触发的，而不是电平触发。时间间隔T开始时，Start由低变高，为上升沿，然后这个上升沿在延迟单元中以延迟τ传播，直到间隔结束，Stop由低变高，所有的触发器状态都被锁定，这一组触发器输出端Q形成一个类似与温度计结构的输出，由此读数即可表示为时间间隔长度。

基于Nutt结构的时间数字转换(TDC)技术的突出优点是结构简单，可实现单片集成，即可在ASIC上实现，也在单片FPGA上实现。在ASIC上实现时，可以达到和延迟锁定环同一级别的时间分辨率，但其时间分辨率会随温度的改变产生一定范围内的飘移。其缺点是测量的时间分辨率受限于所使用的延迟单元的延迟，而且延迟单元的延迟时间是不可控的。其误差来源主要包括以下四方面：一是量化误差，即一个延迟单元的时间，减少量化误差带来的是延迟单元的增加；二是延迟线集成非线性，由于在集成过程中不可能做到各个延迟单无完全一致，导致各个延迟单元的延迟时间不相等，对外表现为非线性效应，矫正的方法有平均法、矢量法等；三是随机变化，由延迟单元的自身温度和供电电压变化引起；四是时间抖动，包括时钟的抖动和延迟单元信号触发开关的时间抖动。

对于由延迟线集成非线性引起的测量误差，需要对TDC进行非线性校正，在J.Kalisz，“Review of methods for time interval measurements with picosecond resolution，”Metrologis，vol.41，pp.17-32，2004中公开了一种对TDC进行非线性校正的方法，该方法需要延时发生器(Delay generators)，用于产生精准的两个延时信号，两信号间延时量已知，输入TDC，计算输入量与输出量间的关系，从而得到时间与TDC通道的映射关系。在High-Resolution Multi-Channel FPGA-TDC Architectures，Eugen Bayer，Nikolaus Kurz中公开了另一种对TDC进行非线性校正的方法，利用信号在导线中传播的时间与线长的关系(1cm=50ps)，制造不同的线长来得到不同的时间延迟。

发明内容

本发明的目的是提供一种对TDC进行非线性校正的方法，无需外部提供信号源，即可实现对TDC的非线性误差进行校正，简单有效。

为实现上述目的，本发明提供了一种对TDC进行非线性校正的方法，包括以下步骤：a)在探测器的扫描视野内放置放射源，并将探测器与电子学的时间偏移初始化归零；b)探测辐射事件，记录每个TDC通道的输出次数，以获得TDC通道的计数分布；c)选择一个TDC通道作为参考通道，使得布置在所述参考通道两侧的TDC通道的输出次数之和相等；d)为所述参考通道设置一个时间，并基于所述参考通道的时间计算各TDC通道的时间。

进一步地，所述步骤d)中，基于所述参考通道的时间计算各TDC通道的时间，计算式为：