【正文】 為： ?ttt id ??其中 ti為輸入信號從出現(xiàn)到上升為 VT所需時間， t?為渡越時間，也就是超閾延遲時間，假定在快甄別器情況下， t?很小 ，暫不加以考慮 。 一般可以假設(shè) td服從高斯分布， 和 是關(guān)鍵參量 dt2)( dd tt ?作為時間晃動的度量 dddddddtd dttPtttt )()()( 2022 ????? ? ?22 ? 二個信號時間間隔及其晃動量 )()( 12022239。 超閾延遲 ? 任何觸發(fā)器都存在超閾延遲。 上升時間游動效應(yīng) ? 不同上升時間的信號經(jīng)過時檢電路之后會產(chǎn)生在輸出信號時間上差異 ，而有些探測元件輸出信號上升時間也存在隨機變化，這也就帶來了時檢電路的輸出信號在時間上晃動。 噪聲引起時檢電路輸出的時間晃動 噪聲疊加在信號之上將引起時檢電路輸出的時間晃動。 探測器的固有晃動 不同的探測元件電流信號輸出的時間晃動不一樣，它的產(chǎn)生原因也不相同，大致因為載流子在探測器內(nèi)運動途徑不同造成的 。 超閾延遲 以上幾種因素在不同條件下對晃動所起的影響是不相同的，因而要具體加以分析，分清主次。 幅度時間游動效應(yīng)。 2 定時方法 一、產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素 二、時間晃動大小的度量 三、前沿定時甄別器 固定閾值甄別器 四、恒比定時甄別器 （ CFD） 五、幅度和上升時間補償定時 （ ARC） 一 產(chǎn)生時間晃動的幾個主要因素 輸入到時間信息分析系統(tǒng)的信號出現(xiàn)時間晃動主要有以下幾個因素： 探測器的固有晃動。 ? 定時電路的功能是使的漲落盡可能小，或者說的晃動很小。實際的電流信號不是一個 ?信號 3. 漲落。 時間信號的檢出 t t t t t t t1 t2 t6 t5 t4 t3 t1 ：核事件發(fā)生 t2 ：粒子進入探測器 t3 ：產(chǎn)生的電流脈沖 t4 ：前置放大器輸出的電壓脈沖 t5 ：主放大器輸出的電壓脈沖 t6 ：定時甄別器輸出的脈沖 ? 在討論時間信號檢出時，從探測器輸出的電流信號有以下幾點需要考慮： 1. 延遲。 ???? 102LiiiAm0012 , TmTtt ???? ?? 其中探 測 器 定時電路 時間 數(shù)字變換 啟動 停止 輸出 時間信息 參考時間信號 放大器 定時道的組成 ? 無論是送到符合電路還是送到 TDC的信號，要求它的出現(xiàn)時刻與粒子擊中探測器的時刻能精確地相對應(yīng)。 ? 輸出端的數(shù)碼值為 其中 T0為 LSB所對應(yīng)的時間間隔。 時間分析器的基本功能 ? 由時間間隔編碼器與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組成的時間分析器，用來完成時間間隔測量。 時間間隔測量應(yīng)用實例 ? 飛行時間計數(shù)器是在高能物理實驗中經(jīng)常用到的探測器系統(tǒng)，用來測量帶電粒子的飛行時間，其主要功能是通過所測量粒子的飛行時間信息，結(jié)合其它探測器測得粒子的動量和徑跡，從而辨別粒子的種類。 ?具有這種功能的電路通常稱為符合電路 ， ?1 ＋ ?2為其分辨時間。 ?1 ＋ ?2為其分辨時間。 ?經(jīng)常遇到的情況是處理二個輸入信號的符合電路，稱為二重符合電路。 ?需要用一個時間間隔甄別器來作為事例的選擇 。 ?隨著擊中 D1和 D2 位置不同信號 S1和 S2產(chǎn)生時刻發(fā)生差別，如果最大時差值為 5ns，那么 S1和 S2時間間隔小于 5ns的事例應(yīng)該是 ?+和 ?事例的 的一個“候選”條件，這樣可以排斥掉很多本底事件。 1. 概 述 一、時間信息分析所要解決的基本問題 二、時間信號的檢出 一、時間信息分析所要解決的基本問題 時間間隔甄別 時間間隔甄別應(yīng)用實例 時間間隔甄別器的基本功能 時間間隔測量 時間間隔測量應(yīng)用實例 時間分析器的基本功能 時間間隔甄別應(yīng)用實例 電子正電子對撞實驗中，產(chǎn)生 μ +和 μ 的事例 ???? ??? ??ee?探測器 D1和探測器 D2相距有幾十米以上，對稱排布，用來測定 ?子。 4 時間量變換方法 167。 2 定時方法 167。第五章 時間分析 167。 1 概 述 167。 3 符合 167。 5 脈沖波形甄別 ?核激發(fā)態(tài)壽命測量； ?正電子湮沒壽命測量； ?正電子發(fā)射斷層掃描； ?高能粒子徑跡探測； ?粒子鑒別； ?符合技術(shù)與反符合技術(shù)； ?中子飛行時間望遠(yuǎn)鏡測量法； 167。 ?因為 ?+和 ?的動量相等，且對面碰撞，根據(jù)動量守恒定律，和飛行方向相反，飛行速度近似相同，從對撞點飛出，應(yīng)幾乎同時分別擊中 D1和 D2 。例如宇宙射線穿過探測器系統(tǒng) ， D1和 D2是先后被擊中， S1和 S2的時間間隔將會大于 5ns，不滿足此“候選”條件，應(yīng)該被排斥掉 。 時間間隔甄別器的基本功能 ? N個信號加入它的輸入端為 u1,u2….u i…. u N1,uN， 它們分別在 ti（ i=1,2…N ） 時刻到達(dá)甄別器的輸入端，其中任意一對信號間的時間差都滿足： ?1 ti－ tj ?2 (?1 , ?2 0） 在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出 ，只要有任意一對信號不滿足上述條件，將不產(chǎn)生輸出。二個輸入信號到達(dá)的時間分別為 t1和 t2 ，若滿足 ?1 t1－ t2 ?2 (?1 , ?2 0） 在輸出端產(chǎn)生邏輯信號輸出，否則將不產(chǎn)生輸出 。 選擇 ?1 = ?2 = ?，則分辨時間為 2 ?（或稱為符合時間窗寬）。（也就是時間間隔閾值）。 ? 測量探測器的信號和 e+ e的作用發(fā)生時刻之間的時間間隔，就可以測量到粒子的飛行時間信息。 ? 時間間隔編碼電路是時間間隔測量中關(guān)鍵部件，通常稱它為時間－數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ TDC ,Time to Digit Conversion ）。 ? TDC的輸出再送到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集與存儲，它的功能與多道幅度分析器中數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)相同。事件的產(chǎn)生到信號進入時間信息分析電路之間，大體上如以下過程所示： 核事件產(chǎn)生粒子（ t1時刻 ) → 探測器被擊中（ t2時刻） → 探測器信號輸出（ t3時刻出現(xiàn)信號） → 電子學(xué)電路信號處理（前放（ t4時刻）放大、成形（ t5時刻）） → 時檢電路檢出信號（ t6時刻）送到時間信號分析電路或符合電路輸入端（ t6時刻出現(xiàn)信號）。 t3在 t2之后一定時間之后出現(xiàn) 2. 展寬。 ( t3 t2)是一個隨機量，而且信號形狀也會隨機變化。 時間信號的檢出 167。 噪聲引起時檢電路輸出的時間晃動。 上升時間游動效應(yīng)。著重分析幅度和上升時間游動效應(yīng)產(chǎn)生的時間晃動及其解決辦法。 例：閃爍體和光電倍加管（ PMT）組成的閃爍計數(shù)器，由于粒子擊中的位置不同使光傳輸?shù)?PMT的時間不同，使得其輸出信號的時間發(fā)生差異，而擊中的位置往往是隨機的，因而信號輸出的時間產(chǎn)生時間晃動。 2vno VT 2σT1 tT t 2vnov VT 2σT2 tT t 噪聲疊加于信號的影響 噪聲疊加于閾值的影響 幅度時間游動效應(yīng) ?不同幅度經(jīng)過時檢電路之后在輸出時間上產(chǎn)生差異 ，探測器輸出信號幅度的隨機變化造成了時間上晃動，稱為 幅度時間游動效應(yīng)。這稱為 上升時間游動效應(yīng) 。 VT VT tL1 tL2 ΔV vi(t) ΔtD 二 時間晃動大小的度量 ? 時檢電路信號輸出與粒子擊中探測器之間的時間差 td=（ t0’t0） 是隨機量，它服從一定的分布規(guī)律， td的概率密度函數(shù)為 Pd（ td）， 可以得到各級矩： ?????????????????????????級矩二級矩一級矩ndttPtttdttPtttdttPtttdddndndnddddddddddddd002220)()()(由此推知 td的隨機變化情況，來度量的晃動大小 。0139。 在 Vi由 Vi1變?yōu)?Vi2時， 則 輸出信號對輸入信號的時間延遲差 ? td=(t2t1)應(yīng)為： Vo Δtd隨 Vi變化而發(fā)生變化稱為 幅度時間游動效應(yīng) 。 miTmiTtVVttVVt2211??Tmiiiid VtVVVVttt211212?????TmiiiiLA VtVVVVtm i nm a xm i nm a x ???當(dāng) VimaxVimin,VT=Vimin時： mLA tt ??Vo 若輸入信號最大幅度為 Vimax ，最小幅度為 Vimin 則因幅度變化引起的前沿定時誤差為： ? 若達(dá)峰時間 tm發(fā)生變化（也就是上升時間發(fā)生變化），延遲時間的變化為 ： ? ?12 mmiTLT ttVVt ???這稱為上升時間游動效應(yīng)。22???????????????????iMMD vSVStt超閾延遲 ： DtVS ???? 21Ti VtvV ??? )(dtdQZVi??dtZ VtvQ LLtt iTi? ?? 21)(dtVtvQZ LLtt Tii ? ??21)(超閾延遲 ： 觸發(fā)器輸入阻抗 ： Zi 附加電荷： Q MMD tVtV ???VM tM MMDDVttSVSt?????? 22VT t 2vno VT 2σT1 tT t 2vnov 2σT2 tT 噪聲疊加于信號的影響 噪聲疊加于閾值的影響 )(39。2 TinovT tvv??? ? ? ?)(39。 ?觸發(fā)比和噪聲斜率比 m a xiTVVf ??輸入信號最大幅度觸發(fā)電平nTiT vtv )(39。 性能：當(dāng)輸入信號的幅度從 10V時，輸出信號 vo(t) 的 時移 小于輸入信號 上升時間 的 20% 當(dāng)輸入信號 上升時間為 1us ， 輸出信號 vo(t) 的 時移 小于 快前沿定時甄別器：由三個快速差分放大級，加正反饋組成甄別器。 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)，前沿定時會有較大的定時誤差。但甄別閾的減少將會明顯引起噪聲誤觸發(fā)，為此，設(shè)計了雙閾甄別電路，采用低閾定時，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)引起的時間游動 ? 甄別器需要有穩(wěn)定的閾電壓。為了減少噪聲和外部干擾的影響，得到穩(wěn)定的閾電壓，對 DAC提供的輸出電壓采取了衰減和有源濾波等有效措施。 提出過零定時的基本思路： Vo )()( tAftv i ?A：信號的幅度 f(t) 信號的形狀函數(shù) 過閾時間 tT: 0)( ?? TT VtAf若要求過閾時間 tT為常數(shù)： 0?TV f(t) 為階躍函數(shù) 0?TVf(t) 為任意函數(shù) 過零定時 (CR)2 – (RC)m 成形 過零點： ?)1( ?? mt Z(DL)2 成形 過零點： )2()( dZiZi ttvtv ??過零定時電路 wpZ ttt ??預(yù)置甄別器 VT 過零甄別器 Vi(t) V1(t) V2(t) V3(t) Vo(t) t t t t t tZ tZ tZ 過零定時電路 優(yōu)點： 能消除輸入信號幅度變化的時間移動。 四 恒比定時甄別器 （ CFD） 恒比定時的基本思路 恒比定時甄別原理 恒比定時甄別器實現(xiàn) 提出恒比定時的基本思路 ? 前沿定時除了由幅度游動效應(yīng)引起較大晃動之外，觸發(fā)比不恒定也是一個缺點。這一比值就是觸發(fā)比 P P=VT/Vi 如果能