一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路

本发明涉及核探测器高集成度读出电子学信号采集传输，尤其涉及一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路。

背景技术：

1、重离子加速器是利用人工技术方法产生重离子束的装置，在工农生产、医疗卫生以及国防建设等方面都有重要而广泛的应用。当前国际上都在升级和建造大型重离子综合研究装置，如德国fair、法国spiral-ii、美国frib、中国hiaf等。我国正在建设中的强流重离子加速器-放射性次级束分离线(hiaf-hfrs)是束流能量和强度都更高的新一代放射性束线；当束流入射流强达到109pps时，工作在束线上散焦面处的大面积粒子鉴别位置tpc探测器，将要承受高的粒子计数(大于100khz)，因此对前端读出电子学提出了更高的要求。

2、随着科技的不断发展，核实验和核医学等领域对于高集成度的核探测器读出电子学信号采集系统的需求越来越高。传统的离散元器件设计在满足这种需求上存在一定的局限性，而asic芯片则可以提供更高的集成度和更好的性能。为了实现高速、高集成度、高精度的前端读出电子学系统，一些内部带有数据缓存单元的时间数据读出架构被逐渐提出并实现于前端读出asic(application specific integrated circuit)芯片中。芯片输出核事件的时间戳信息，可以有效减小后续处理电路(如fpga)和连线延迟造成的影响。

3、在对现有技术的研究和实践中，目前存在的集成于asic芯片的触发读出电路在核事件高速采样过程中还存在采样数据容易丢失和时间精准度不高等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述提出的至少一个技术问题，本发明提供一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，以解决在对触发信号进行时间间隔测量时，出现数据丢失和时间精度不高的问题。

2、提供了一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，包括：多个时间测量模块、多路复用器；

3、所述时间测量模块连接工作时钟，用于测量触发信号的时间戳信息；

4、所述多路复用器连接多个所述时间测量模块，用于将多个所述时间戳信息融合并读出到数据总线。

5、优选地，所述时间测量模块包括：fifo存储器、时间间隔测量单元；

6、所述时间间隔测量单元与所述工作时钟、所述fifo存储器连接，用于测量所述触发信号的时间戳信息，将所述时间戳信息传输至所述fifo存储器；

7、所述fifo存储器与所述多路复用器连接，用于将所述时间戳信息传输至所述多路复用器。

8、优选地，还包括：多个与门、轮询模块；

9、所述轮询模块与每个所述fifo存储器连接，用于至少有一个所述fifo存储器存储有所述时间戳信息时，轮询每个所述fifo存储器；

10、所述每个与门的第一输入端均与所述轮询模块连接，第二输入端分别与取反后的每个所述fifo存储器的e引脚连接，输出端与所述多路复用器、所述fifo存储器的r引脚连接，用于控制所述多路复用器读取轮询到的所述时间戳信息。

11、优选地，所述轮询模块包括：与非门、令牌环管理器；

12、所述与非门的多个输入端分别连接每个所述fifo存储器的e引脚、输出端连接所述令牌环管理器，用于检测是否有至少一个所述fifo存储器存储有所述时间戳信息；若是，则所述令牌环管理器轮询每个所述时间检测模块；若否，所述令牌环管理器在当前时间检测模块停止轮询。

13、优选地，还包括时钟相移单元；

14、其中，所述时钟相移单元连接所述工作时钟、连接多个所述时间间隔测量单元，用于获取多个相移时钟信号，将每个所述相移时钟信号传输至多个所述时间间隔测量单元；

15、所述时间间隔测量单元根据所述触发信号与所述工作时钟的信号周期倍数关系，得到粗时间戳；

16、所述时间间隔测量单元根据所述触发信号在所述多个相移时钟信号中的跳变位置，得到细时间戳。

17、优选地，所述fifo存储器与所述多路复用器连接包括：

18、所述fifo存储器接收来自边沿检测单元的组帧命令，将所述粗时间戳、所述细时间戳、通道号及奇偶校验位组帧为数据包；

19、所述多路复用器将所述数据包读出至所述数据总线。

20、优选地，所述时间测量模块还包括亚稳态处理单元，用于降低亚稳态产生概率；

21、其中，所述稳态处理单元包括两级寄存器。

22、优选地，所述多个相移时钟信号为相移时钟信号、相移时钟信号、相移时钟信号和相移时钟信号。

23、优选地，所述数据包大小为24bit，其中所述通道号占6bit，所述粗时间戳占13bit，所述细时间戳占4bit，所述奇偶校验位占1bit。

24、优选地，所述时钟相移单元包括：多个反相器、鉴频鉴相器和电荷泵；

25、其中，多个所述反相器依次串联，压控电阻和电容串联接地并联到每个所述反相器的输出端，用于组成相移低通整形模型；

26、所述鉴频鉴相器两端输出分别与所述电荷泵两端输入连接，所述电荷泵的输出端与每个所述压控电阻的调节端连接，用于比较所述工作时钟与相移低通整形模型输出的时钟，调节所述压控电阻，获得多个所述相移时钟信号。

27、本发明提供了一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，包括：多个时间测量模块、多路复用器；时间测量模块连接工作时钟，用于测量触发信号的时间戳信息；多路复用器连接多个时间测量模块，用于将多个时间戳信息融合并读出到数据总线。通过多通道高速并行时间间隔测量确保采样信息不会丢失，提供轮询模块以解决读出数据存在的随机性和稀疏性问题，以及提供时钟相移单元以解决时间精度不够高的问题。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。

技术特征：

1.一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，包括：多个时间测量模块、多路复用器；

2.根据权利要求1所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述时间测量模块包括：fifo存储器、时间间隔测量单元；

3.根据权利要求2所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，还包括：多个与门、轮询模块；

4.根据权利要求3所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述轮询模块包括：与非门、令牌环管理器；

5.根据权利要求2所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，还包括时钟相移单元；

6.根据权利要求5所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述fifo存储器与所述多路复用器连接包括：

7.根据权利要求5所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述时间测量模块还包括亚稳态处理单元，用于降低亚稳态产生概率；

8.根据权利要求5所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述多个相移时钟信号为0°相移时钟信号、90°相移时钟信号、180°相移时钟信号和270°相移时钟信号。

9.根据权利要求6所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述数据包大小为24bit，其中所述通道号占6bit，所述粗时间戳占13bit，所述细时间戳占4bit，所述奇偶校验位占1bit。

10.根据权利要求5所述的一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路，其特征在于，所述时钟相移单元包括：多个反相器、鉴频鉴相器和电荷泵；

技术总结
本发明公开了一种带时间间隔测量功能的多通道触发读出电路。该电路包括：多个时间测量模块、多路复用器；时间测量模块连接工作时钟，用于测量触发信号的时间戳信息；多路复用器连接多个时间测量模块，用于将多个时间戳信息融合并读出到数据总线。本发明通过多通道并行采样，以解决核事件高速采样中数据容易丢失的问题，通过增加令牌环管理器，以解决时间戳信息读出结果稀疏化随机化的问题，通过增加时钟相移单元以解决时间精度不高的问题。

技术研发人员：千奕,陆伟建,蒲天磊,杨鸣宇,赵红赟
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16