【文章內(nèi)容簡介】 2* )()(最佳定時濾波成形電路的頻率響應(yīng)為： 2)( dS i ??輸入為白噪聲，輸入噪聲功率譜密度為常數(shù) 最佳定時濾波成形電路的沖擊響應(yīng)為 )(39。)( 2 ttvdKth Ti ??定時單道脈沖幅度分析器： 具有定時和單道雙重功能 167。 符合電路 一、符合方法 二、符合電路基本結(jié)構(gòu) 三、符合曲線 四、快 慢符合 五、符合電路實例 一、符合方法 ? 符合是指兩個或兩個以上的物理事件在時間上相互重合； ? 理想符合：指的是兩個時間同時發(fā)生，時間間隔為零； ? 實際符合：在一個時間段內(nèi)發(fā)生，有一定的時間間隔； 符合方法方框圖 探測器 1 前置 放大器 定時濾波 放大器 定時電路 固定延遲 符合 單元 計 數(shù) 器 探測器 2 前置 放大器 定時濾波 放大器 定時電路 固定延遲 ? 兩重符合： ? 多重符合： ? 符合水平： 12374L S 08A 12374L S 32A 12131274L S 11A A B OUT 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A B OUT 真值表： 反符合 1 2 74L S 04A12374L S 08A A B OUT 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 真值表： A B OUT ? 符合電路分辨時間： ?=2tw ? 2 3 ? 2 3 VT 理想電子學符合 實際電子學符合 tW tW 二 符合電路基本結(jié)構(gòu) ? 二個輸入信號分別經(jīng)過定時成形電路之后，使其輸出信號前沿晃動很小，以寬度分別為 Tw1 和 Tw2 信號加入符合門電路，只有當二個信號發(fā)生重疊時符合門才有信號輸出，此信號再經(jīng)過甄別成形之后輸出。 設(shè)二個輸入信號到達時間 分別為 t1和 t2，只有滿足 2211 ww tttt ????符合門才有輸出，其分辨時間應(yīng)為： 12 ww tt ??? ttt ?? 21 wt2??符合電路基本結(jié)構(gòu) 以上討論是在理想條件下得到的，即 (1) 輸?shù)椒祥T的信號是理想矩形脈沖。 (2) 符合門和甄別成形電路的渡越時間為零。 三 符合曲線 ? 為了測定符合系統(tǒng)（包括探測器在內(nèi)）的時間分辨能力，常利用同一瞬間產(chǎn)生兩個粒子的放射源、或用激發(fā)態(tài)壽命遠小于系統(tǒng)定時誤差的放射源來測定系統(tǒng)的瞬時符合曲線。在兩路信號通道中，用可變延遲線引入它們之間時間上相對延遲，測定符合系統(tǒng)的輸出信號計數(shù)率和相對延遲量的關(guān)系曲線，此曲線就是瞬間符合曲線。從瞬時符合曲線，可以求得符合系統(tǒng)的分辨時間和效率。 電子學瞬時符合曲線 物理瞬時符合曲線 電子學瞬時符合曲線 ? 用一個信號源代替放射源和探測器作為二路符合的輸入，測得瞬時符合曲線僅反映電路本身的特性，稱為電子學瞬時符合曲線。 ? 調(diào)節(jié)相對延遲量，符合電路輸出信號送入到一個計數(shù)器去，測得計數(shù)率，可以求得相對計數(shù)率與延遲量的關(guān)系曲線，此曲線即為電子學瞬時符合曲線，也就是符合電路產(chǎn)生輸出的概率函數(shù)。 電子學瞬時符合曲線 ? 在理想條件下為 曲線 1 ? 如果考慮到： (1)輸入信號有一定上升和下降時間，而符合門有一定門檻電平，因而對符合門輸入來說，有效寬度變小了。 (2)二個信號重合時間減小到一定寬度時，由于符合門和其后繼甄別電路有一定渡越時間，當重合時間太窄時，不能響應(yīng)，這相當于減小了有效寬度。 (3)考慮到噪聲疊加在信號、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。 由于以上原因，瞬時符合曲線不僅寬度減小，而且形狀上偏離了矩形，為 曲線 2。這就是實際電子學瞬時符合曲線。符合分辨時間定義為瞬時符合曲線的半高全寬 FWHM，從圖中 曲線 2可以求得電子學分辨時間： F W HME ??物理瞬時符合曲線 ? 用瞬時符合放射源和探測器系統(tǒng)替代信號源作為符合電路信號輸入，測得的相對計數(shù)率與延遲量的關(guān)系曲線為物理瞬時符合曲線，此曲線包括了探測器和定時系統(tǒng)的時間晃動及偶然符合等因素。 物理瞬時符合曲線 ? 真符合事件測得的物理瞬時符合曲線應(yīng)為輸入到符合電路二信號時差的概率密度函數(shù)與電子學瞬時符合函數(shù)的卷積 )()()( dEdddP tWtPtW ???E與 ?值相近時 00)()()(padppadpd nntWnntntW ????真符合事件最大輸入計數(shù)率 偶然符合計數(shù)率 真符合事件計數(shù)率 ?E為電子學分辨時間 物理曲線形狀與電子學曲線相似 ?? ??E曲線高度下降，形狀變窄，平頂部分消失，這是由于真符合計數(shù)被丟失了 ?為 時差漲落的方差 ? 在實際測量中，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)的粒子進入二個探測器，它們有可能在分辨時間之內(nèi)隨機地進入符合電路各輸入端而產(chǎn)生輸出，稱這種符合為偶然符合。顯而易見，偶然符合應(yīng)與二個電路相對延遲時間無關(guān)。 ? 偶然符合計數(shù)為 ： ddEa dtnntWn 21)(?????21 nnn Ea ??隨著 ?E增加， W(td)曲線高度平移地升高。這正是偶然符合所造成的。 WE(td)把看成寬度為 ?E， 高度為 1的矩形函數(shù) 1. 由于時間漲落的影響，一對真符合信號到達符合電路的時差出現(xiàn)統(tǒng)計漲落，當 ?E選得較小時真符合事件可能漏記，造成真符合計數(shù)損失。 ?E越小，損失越多。 2. ?E取得較大時符合曲線出現(xiàn)平頂，其符合事件可被全部記錄下來。時差的漲落對計數(shù)率的影響可以忽略。 3. ?E增大，偶然符合計數(shù)也正比地增大，偶然符合與真符合計數(shù)之比隨之增大。從符合曲線中求得偶然符合計數(shù)雖然可以再從實際曲線中扣除偶然符合計數(shù)而得到真符合計數(shù)，但這樣會使統(tǒng)計誤差增大。 分辨時間 ?E的選擇要綜合加以考慮。 ? 從時間分辨和減小偶然符合角度來看， ?E取小些為好； ? 從真符合計數(shù)損失來看， ?E不能取得太小。 符合系統(tǒng)所能達到的最小分辨時間，根本上取決于探測器和定時系統(tǒng)的時間漲落大小。 511 keV 511 keV e+ e P ma t r i x = 0. 6m m , ? = 0 . 1正電子發(fā)射斷層顯像 Positron Emission Tomography 發(fā)射型斷層成像。所謂發(fā)射型成像就是把放射源放在病人身體的內(nèi)部，放射線從病人身體內(nèi)部射出，最后被探測器接收。 具有短半衰期的放射性的原子可以由回旋加速器或核反應(yīng)堆生產(chǎn)出來。這些放射性元素再用來制造放射性藥物。 通常放射性藥物是通過手臂靜脈血管注射而進入體內(nèi)的。放射性藥物進入人體后會跟蹤病理過程。放射性藥物也可以通過病人的呼吸道或消化道進入人體。放射性藥物實際上是個分子載體，它依附于特定的生理組織或病理過程。放射性物質(zhì)在藥物的帶領(lǐng)下在人體內(nèi)做有目的的分布。發(fā)射型斷層成像的目的就是要得到一個放射性物質(zhì)在人體內(nèi)部的分布圖。 有一些放射性元素，如 O15， C11， N13，和 F18，在放射性衰退時會釋放出正電子 (即帶一個正電荷的電子 )。正電子在自然界中生存的時間十分短暫，因為在自然界中正電子很快就會遇到一個 (帶負電的 ) 電子。當正電子與電子發(fā)生作用時，它們的質(zhì)量會湮滅 (即完全消失 )，它們的質(zhì)量完全轉(zhuǎn)換為能量而產(chǎn)生出兩個能量為 511 keV 的伽瑪光子。這兩個光子沿著相隔 180186。 角的方向傳播。 Scintillation Crystal PMT PreAmplifier + Electronics Gamma photon converts to optical photons (proportional to gamma energy) photons are collected at the end of the crystal light is converted to an electrical signal amp。 amplified Frontend electronics condition the signal for further processing Gamma Ray Optical reflector PET是先進的核醫(yī)學三維成像技術(shù) ,圍繞著被測體四周的圓柱形位置靈敏探測器探測被測體發(fā)出的 γ光子 ,使用時間符合、電子準直和能量甄別等技術(shù)從復雜噪聲背景中篩選出有用事例 ,使用大量的有用事例數(shù)據(jù)可以重建放射性物質(zhì)分布的三維圖像。 SET3000G/X schematic design 四 快 慢符合 ? 時間上相關(guān)的事件本身還存在一些特點 ，例如粒子的能量有一定范圍，也就是說信號的幅度落在一定范圍之內(nèi)。在時間符合作為基本條件之下用幅度選擇作為輔助措施來減小偶然符合。事例的候選條件除了時間甄別之外，再加上幅度甄別。 但是，經(jīng)過幅度甄別之后的信號往往時間晃動都很大，因此在幅度甄別之后再進行符合，其分辨時間不能取得很小，否則會降低效率（真符合計數(shù)損失增加），但增大分辨時間又會使偶然符合增加。為了解決這個矛盾，常采用快慢符合技術(shù)。 快 慢符合 探測器信號經(jīng)過時檢電路后進入快符合電路，因而時間晃動很小，可選取很小的分辨時間。同時，這一對探測器信號又分別經(jīng)過單道分析器進行幅度選擇。只有在時間和幅度上都滿足給定條件時，三重慢符合電路才產(chǎn)生輸出。其中延遲線 td是為了補償單道分析器產(chǎn)生的時延 。 符合電路實例 ?四路輸入信號先經(jīng) MC10E1651比較器甄別輸出，然后用 MC10EL01D進行“與”或者“或”邏輯，再通過單穩(wěn)態(tài)芯片 MC10198調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，最后分別轉(zhuǎn)換成快 NIM和 TTL輸出 。最小時間窗可達到 2ns。 NIM 在核儀器領(lǐng)域中 NIM標準是一個公認的標準，由（ EIA電子工業(yè)聯(lián)合會）提出 。 NIM邏輯信號定義： 快 NIM邏輯信號標準為（負載為 50Ω 阻抗，負邏輯。適用于上升時間在 ns量級 ，信號寬度小于 1us的快信號。 TTL電平 規(guī)定：輸出高電平 ,輸出低電平 。 在室溫下，一般輸出高電平是 ，輸出低電平是 。 最小輸入高電平和低電平：輸入高電平 =，輸入低電 =， 噪聲容限是 。 實際應(yīng)用中 ， 由于外界干擾 、 電源波動等原因 ， 可能使輸入電平 UI偏離規(guī)定值 。 為了保證電路可靠工作 ， 應(yīng)對干擾的幅度有一定限制 ， 稱為噪聲容限 。 輸入 噪聲容限 高電平噪聲容限 是指在保證輸出低電平的前提下，允許疊加在輸入高電平上的最大噪聲電壓 (負向干擾 )，用 UNH表示： 低電平噪聲容限 是指在保證輸出高電平的前提下，允許疊加在輸入低電平上的最大噪聲電壓 (正向干擾 )，用 UNL表示： UNL = UIL,max－ UIL UNH = UIH－ UIH,min 1輸出 0輸出 1輸入 0輸入 UOH,min UIH,min UNH UIL,max UOL,max UNL 1 1 uI uO 輸入低電平噪聲容限： UNL=UIL,max－ UOL,max 輸入高電平噪聲容限： UNH=UOH,min－ UIH,min 74LS系列門電路前后級 聯(lián)時的輸入噪聲容限為： UNL=－ = UNH=－ = 5V 0V 5V 2V 0V 射極耦合邏輯門電路 (ECL) ECL門的基本結(jié)構(gòu) 由于 TTL門中 BJT工作在飽和狀態(tài)， BJT存儲電荷，電荷的存儲和消散需要一定的時間 , 開關(guān)速度受到了限制。只有改變電路的工作方式，從飽和型變?yōu)榉秋柡托?，才能從根本上提高速度?ECL門就是一種非飽和型高速數(shù)字集成電路，它的平均傳輸延遲時間可在 2ns以下，是目前雙極型電路中速度最快的。 T T T3組成發(fā)射極耦合電路。T3的基極接一個固定的參考電壓VREF，輸入信號接到 T T2的基極。輸出信號由 T T2或 T3的集電極取得。 RC1 RC3 T2 T3 Re VREF VEE C1 C3 VE IE IE=[VE(VEE)]/Re=(+12V)/≈10mA A、 B都接低電平 0（設(shè) VA=VB