用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及飞行时间测量系统(Time of fIy，T0F)技术领域，尤其涉及一种用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法和系统。
【背景技术】
[0002]TOF系统测量随机信号的发生时间，利用输入信号与输出信号的传输时间的变化来进行位置测量，常被用于高能物理装置、医学和工业成像以及精确测距等领域。近年来，随着闪烁晶体、光电探测器和快电子学的发展，TOF技术重新获得重视并快速发展。TOF系统的采用使得高分辨率正电子发射断层扫描仪(Positron Emiss1n Tomography,PETMiI^lJ了快速发展，为高分辨率的商用PET设备提供了核心技术支撑。TOF系统的应用前景得到了核医学成像研究组织和仪器制造商的高度重视。目前，飞利浦公司、西门子公司和通用电气公司等PET设备生产厂商己经逐步将TOF系统应用到新型高分辨率PET设备的研制中。
[0003]TOF系统包括前端光学晶体、光电转换器、高速重合信号检测电路(FastCoincidence 06七6(:1:;[011，卩00)和时间-数字化转换器(1';[1116-1:0-0丨8；^&1 Converter,TDC)等多个部分。光学晶体和光电转换器的时间测量精度受到材料特性和加工方法的制约。但是在FCD和TDC电路中，可以通过采用高时间分辨率的电路设计方法达到有效提高系统测量精度的目的。
[0004]在TOF系统中，FCD电路检测由光子产生的随机电脉冲并产生重合信号(Coincidence signal)，触发TDC电路实现对输入随机信号时间的精确测量。但是，目前在FCD电路中普遍采用的采样、量化方法破坏了随机脉冲发生的时间信息，并且结构复杂，带来噪声、失配等问题，影响了 TOF系统时间分辨率的提高。
[0005]现有技术中，TOF对接收到的随机时间信号边沿重合度进行检测、量化时，由于噪声、失配等影响造成严重的检测误差，降低了系统的时间分辨率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法和系统以解决现有技术中，TOF对接收到的随机时间信号边沿重合度进行检测、量化时，由于噪声、失配等影响造成的严重检测误差和降低的系统时间分辨率等问题。
[0007]本发明为了解决上述技术问题，采用的技术方案是:一种用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法，包括以下步骤:
[0008]步骤S1:通过延时锁相环产生多路精确同步脉冲信号；
[0009]步骤S2:将所述多路精确同步脉冲信号和外部随机脉冲信号输入精确触发电路，以产生同步于所述多路精确同步脉冲信号的第一信号；
[0010]步骤S3:将所述外部随机脉冲信号输入精确延时电路以产生与所述第一信号具有相同延时的第二信号；以及
[0011]步骤S4:通过所述第一信号与所述第二信号的时间差来计算所述外部脉冲随机信号的产生时间。
[0012]优选地，所述步骤S2包括:
[0013]步骤S21:将所述多路精确同步脉冲信号和所述外部随机脉冲信号接入所述精确触发电路的多个DFF触发器，通过所述多个DFF触发器产生多个精确触发信号；以及
[0014]步骤S22:将所述多个精确触发信号输入第一或门以产生所述第一信号。。
[0015]优选地，所述多路精确同步脉冲信号接入所述多个DFF触发器的时钟输入端，所述外部随机脉冲信号接入所述多个DFF触发器的数据输入端。
[0016]优选地，所述步骤S3包括:
[0017]步骤S31:将所述外部随机脉冲信号输入所述精确延时电路的DFF触发器以产生初始第二信号；以及
[0018]步骤S32:将所述初始第二信号输入第二或门以产生所述第二信号。
[0019]优选地，所述外部随机脉冲信号接入所述DFF触发器的时钟输入端，所述DFF触发器的数据输入端接高电平。
[0020]相应地，本发明还提供一种用于飞行时间测量系统的重合信号产生系统，包括:
[0021]延时锁相环，用于产生多路精确同步脉冲信号；
[0022]精确触发电路，连接于所述延时锁相环，用于根据所述多路精确同步脉冲信号和外部随机脉冲信号产生同步于所述多路精确同步脉冲信号的第一信号；
[0023]精确延时电路，用于根据所述外部随机脉冲信号产生与所述第一信号具有相同延时的第二信号；以及
[0024]计算单元，连接于所述精确触发电路和所述精确延时电路，用于通过所述第一信号与所述第二信号的时间差来计算所述外部脉冲随机信号的产生时间。
[0025]优选地，所述精确触发电路包括:
[0026]多个DFF触发器，用于根据所述多路精确同步脉冲信号和所述外部随机脉冲信号产生多个精确触发信号；以及
[0027]第一或门，连接于所述多个DFF触发器，用于根据所述多个精确触发信号产生所述第一信号。
[0028]优选地，所述多个DFF触发器的时钟输入端接入所述多路精确同步脉冲信号，所述多个DFF触发器的数据输入端接入所述外部随机脉冲信号。
[0029]优选地，所述精确延时电路包括:
[0030]DFF触发器，用于根据所述外部随机脉冲信号产生初始第二信号；以及
[0031]第二或门，连接于所述DFF触发器，用于根据所述初始第二信号产生所述第二信号。
[0032]优选地，所述DFF触发器的时钟输入端接入所述外部随机脉冲信号，所述DFF触发器的数据输入端接高电平。
[0033]实施本发明实施例，具有如下有益效果:本发明采用延时锁相环产生多路精确同步脉冲信号，以DLL产生的多路精确同步脉冲信号通过精确触发电路捕获TOF系统的随机脉冲信号，并基于NMOS的多输入高速或门合成第一信号。由此产生的第一信号同步于DLL产生的多路精确同步脉冲，因此第一信号的产生时间可由系统时钟确定。另一方面，随机脉冲信号通过与精确触发电路具有相同延时的精确延时电路生成第二信号。通过测量第二信号和第一信号之间的时差，就可以获知第二信号的产生时间进而计算出随机脉冲信号的产生时间。通过本系统可以产生随机脉冲信号的高精度重合信号第二信号和第一信号，实现对于随机脉冲信号产生时间的精确测量。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本发明一实施例提供的用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法的流程图。
[0036]图2所示为本发明一实施例提供的用于飞行时间测量系统的重合信号产生系统的电路图。
[0037]图3所示为本发明一实施例提供的信号波形图。
[0038]图4所示为本发明一实施例提供的用于飞行时间测量系统的重合信号产生系统的原理图。
【具体实施方式】
[0039]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]图1为本发明一实施例提供的用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法的流程图。如图1所示，用于飞行时间测量系统的重合信号产生方法包括以下步骤:
[0041]步骤S1:通过延时锁相环产生多路精确同步脉冲信号。
[0042]在本实施例中，采用延时锁相环(Delay locked loop，DLL)产生多路精确同步脉冲信号，其中，每路信号的上升沿与飞行时间测量系统的系统时钟同步。使用频率为CLK的外部参时钟，利用DLL产生N路精确同步脉冲信号(P〈l>?P〈N>(P〈N:1>)。其中，相邻两路信号P〈i>和P〈i+1>的上升沿时间间隔为Tcdk/Hik是CLK的时钟周期。
[0043]步骤S2:将所述多路精确同步脉冲信号和外部随机脉冲信号输入精确触发电路，以产生同步于所述多路精确同步脉冲信号的第一信号。
[0044]在本实施例中，延时锁相环产生的多路精确脉冲同步信号被送入精确触发电路，通过精确触发电路捕获飞行时间测量系统的随机脉冲输入信号，由此产生同步于延时锁相环产生的多路精确同步脉冲信号的第一信号，因此，第一信号的产生时间可由系统时钟确定。
[0045]具体地，在本发明一实施例中，步骤S2具体包括以下步骤:
[0046]步骤S21:将所述多路精确同步脉冲信号和所述外部随机脉冲信号接入所述精确触发电路的多个DFF触发器，通过所述多个DFF触发器产生多个精确触发信号；
[0047]步骤S22:将所述多个精确触发信号输入第一或门以产生所述第一信号。
[0048]进一步地，所述多路精确同步脉冲信号接入所述多个DFF触发器的时钟输入端，所述外部随机脉冲信号接入所述多个DFF触发器的数据输入端。
[0049]图2所示为本发明一实施例提供的用于飞行时间测量系统的重合信号产生系统的电路图。图3所示为本发明一实施例提供的信号波形图。如图2所示，将延时锁相环40产生的N路精确同步脉冲信号P〈N:1>作为触发信号送入精确触发电路10并依次连接于多个DFF触发器(10-1?10-N)的时钟输入端，将外部输入的随机脉冲信号Sin接到精确触发电路10中的多个DFF触发器(10-1?10-N)的数据输入端。精确触发电路10由多个DFF触发器(10-1?10-N)在N路精确同步脉冲信号P〈N:1>的上升沿来捕获外部随机脉冲信号Sin的发生，产生N个精确触发信号TM〈N:1>。如图3所示，根据DFF触发器的工作特性，上升沿超前于外部随机脉冲信号Sin的精确同步脉冲信号P〈0>?P〈i>触发产生的精确触发信号ΤΜ〈0>?TM〈i>信号均为低电平，上升沿滞后于外部随机脉冲信号Sin的精确同步脉冲信