[實用新型]基于單條進位鏈的直接比較型FPGA-ADC裝置

有效

• 申請號: 202020786527.2
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN212460061U
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 馬聰;趙曉坤;余李;王武斌;李興;黃振強
• 申請（專利權）人: 明峰醫療系統股份有限公司
• 主分類號: G01T1/17
• 分類號: G01T1/17;G01N23/046;H03K19/177;H03M1/12
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 蔣衛東

本實用新型提供了一種基于單條進位鏈的直接比較型FPGA?ADC裝置，涉及醫學影像設備技術領域，包括標定信號發生器、低通濾波電路、比較器、時鐘發生器、進位鏈時間測量模塊、細時間編碼電路、粗時間計數器、非線性修正電路和脈沖寬度計算電路等。時鐘發生器產生采樣時鐘，經過低通濾波電路后與輸入模擬信號通過FPGA內部比較器進行比較，得到待測脈沖。待測脈沖的寬度可近似與輸入模擬信號的幅度成正比，測量其脈寬即可完成模數變換。本實用新型基于FPGA芯片邏輯代碼和片外簡單阻容離散器件（低通濾波器），能實現低成本、低功耗、高集成度以及高性能的百兆量級采樣率的ADC，對整個探測器甚至PET系統具有較大的意義。

技術領域

本實用新型涉及一種基于SIPM的PET探測器，尤其一種基于單條進位鏈的直接比較型FPGA-ADC裝置，屬醫學影像設備于技術領域。

背景技術

目前正電子發射計算機斷層顯像(positron emission tomography，PET)系統在癌癥前期檢測中起到越來越大的作用，而基于硅光電倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)探測器件由于其良好的能量和時間分辨率以及磁兼容性能越來越多地應用在PET系統中。基于SiPM的PET探測器的原理是利用SiPM將探測器晶體模塊捕獲的高能Gamma光子轉化成的低能可見光信號通過光電效應進而轉化為模擬電信號，并利用模擬調理電路將模擬電信號進行放大成形，再利用能量測量裝置和時間測量裝置(Time-Digital Converter,TDC)得到該電信號的能量和達到時間信息，然后利用后端的符合判選等方法篩選出有效信號。由于PET探測器通道數很多，設計低成本、低功耗和高性能的能量測量裝置是PET探測器電子學系統設計的關鍵之一。

然而當前能量測量裝置基本都是基于商用ADC芯片實現模數變換，然后將得到的數字化信息送入現場可編程邏輯門陣列(Field Program Gate Array，FPGA)芯片中利用能量積分算法完成，由于PET探測器通道數很多，需要使用較多數量的商用ADC芯片實現，這會提高系統成本和帶來較大功耗，嚴重限制電子學系統集成度。換言之，其ADC成本高、功耗大等缺陷不利于多通道集成。

基于此，做出本申請。

實用新型內容

為了解決現有技術中存在的上述缺陷，本實用新型提供了一種基于單條進位鏈的直接比較型FPGA-ADC裝置。

為了實現上述目的，本實用新型采取的技術方案如下：

一種基于單條進位鏈的直接比較型FPGA-ADC裝置，包括標定信號發生器、低通濾波電路、比較器、時鐘發生器、進位鏈時間測量模塊、細時間編碼電路、粗時間計數器、非線性修正電路和脈沖寬度計算電路等。時鐘發生器產生采樣時鐘，經過低通濾波電路后與輸入模擬信號通過FPGA內部比較器進行比較，得到待測脈沖。待測脈沖的寬度可近似與輸入模擬信號的幅度成正比，測量其脈寬即可完成模數變換。

為了提高時間測量動態范圍，采用粗細時間相結合的時間內插方式。

待測脈沖信號進入FPGA內部進位鏈，進位鏈的進位單元包含抽頭，每個抽頭對應一個觸發器單元。進位鏈的抽頭使用各自的觸發器鏈鎖存得到抽頭狀態電平。

待測脈沖前后沿在不同時刻進位鏈抽頭上的狀態不同，通過編碼電路對各抽頭狀態進行編碼即可得到待測脈沖信號前后沿的細時間戳信息。本實用新型利用同一個進位鏈同時標記待測脈沖前后沿時間狀態信息。利用粗時間計數器可以得到待測信號前后沿的粗時間戳信息，然后通過打包邏輯對粗細時間戳進行合并即可獲得待測信號前后沿的時間信息。后沿時間減去前沿時間即可得到脈沖信號寬度。