本發(fā)明涉及高能物理與粒子物理應(yīng)用、核醫(yī)學(xué)裝備和生物醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域，尤其涉及一種硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記及其微元陣列編碼系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

硅光電倍增器是一種多個(gè)工作在計(jì)數(shù)模式下的雪崩二極管組成的陣列。該器件中組成陣列的微元（Mirco-Cell）是雪崩二極管，能夠快速地響應(yīng)作用光子。由于作用光子的數(shù)目在絕大多數(shù)應(yīng)用中都大于1，因而有必要將雪崩二極管做成陣列，以響應(yīng)不同數(shù)目的光子。在一個(gè)較短的時(shí)間周期內(nèi)，響應(yīng)光子的微元數(shù)目與射入光子的期望具有單調(diào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，測量微元數(shù)目能夠間接地反映射入光子束的流強(qiáng)。

現(xiàn)有的硅光電倍增器在閃爍光探測、微弱光探測、量子物理和高能物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用中，需要標(biāo)記光子束的開始時(shí)間和一段時(shí)間內(nèi)的激活微元數(shù)目?，F(xiàn)有的時(shí)間標(biāo)記技術(shù)和微元編碼通常采用模擬電流加和/電信號(hào)處理的兩步方法。其中，模擬電流加和是指對(duì)每一個(gè)微元的模擬電信號(hào)進(jìn)行加和，電信號(hào)處理是指對(duì)這個(gè)總的模擬電流（或者某個(gè)電阻器件上的電壓）信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，獲得其開始時(shí)間和激活微元數(shù)目。已有的電信號(hào)處理方法包括：

前沿甄別（Leading Edge Discrimination，以下簡稱 LED）方法是最簡單也最常用的SiPM電信號(hào)處理方法，可以大量地集成在模擬芯片中用作閃爍探測器系統(tǒng)中的讀出電路，其定義為：閃爍脈沖的上升沿穿過甄別閾值的時(shí)間點(diǎn)。前沿甄別對(duì)不同幅值的脈沖獲得的翻轉(zhuǎn)時(shí)間偏移期望是不同的。這表現(xiàn)在幅值大的脈沖先越過甄別閾值，而幅值小的脈沖后越過甄別閾值?；蛘呓忉尀椋汗潭ㄩ撝党悦}沖的不同幅值得到的相對(duì)閾值是不同的。相對(duì)閾值小的情形，翻轉(zhuǎn)時(shí)間提前到來；相對(duì)閾值大的情形，翻轉(zhuǎn)時(shí)間推遲到來。

為了解決前沿甄別的缺陷，研究者利用延遲線開發(fā)了恒比甄別 (Constant Fraction Discrimination，以下簡稱 CFD) 方法。在該方法中，閃爍脈沖被分成兩路，分別送入延遲單元和衰減單元后再一同輸入比較器?；蛘咭宦费舆t并放大送入比較器，另一路直接送入比較器。比較器輸出的過零點(diǎn)被標(biāo)定為閃爍脈沖的到達(dá)時(shí)間。恒比甄別方法在理論上消除了閃爍脈沖不同幅值帶給時(shí)間標(biāo)記的誤差。其原理可以解釋為用一個(gè)和脈沖高度相關(guān)的閾值獲得前沿的翻轉(zhuǎn)時(shí)間，或者解釋為用一個(gè)雙極型的濾波器把脈沖成型為雙極型的信號(hào)再獲得過零翻轉(zhuǎn)時(shí)間。然而，由于性能較好的恒比甄別器需要高帶寬的延遲線，采用恒比甄別的 PET 系統(tǒng)具有高昂的成本。此外，恒比甄別的性能十分依賴于給定的參數(shù)，在通道數(shù)較多的情況下恒比甄別的參數(shù)調(diào)節(jié)會(huì)大大增加開發(fā)的難度。

前沿甄別和恒比甄別都存在模擬和數(shù)字的版本。當(dāng)閃爍脈沖被數(shù)字化后，許多復(fù)雜但精確地時(shí)間估計(jì)方法逐漸在現(xiàn)有的系統(tǒng)中應(yīng)用開來。

謝慶國在2005年采用上升沿?cái)M合法獲取了與恒比甄別相類似的時(shí)間分辨率，而由于該方法能夠以較低的成本實(shí)現(xiàn)閃爍脈沖的數(shù)字化，在學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了較大的影響。其方法的實(shí)質(zhì)是用若干個(gè)過閾值點(diǎn)擬合一條直線，然后將該直線的截距作為閃爍脈沖的到達(dá)時(shí)間。

多閾值平均法是在謝慶國方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種更加簡明的方法，其實(shí)現(xiàn)步驟是把謝慶國方法中的擬合/截距精簡為多閾值點(diǎn)的平均值，這種方法的計(jì)算量小，且沒有斜率項(xiàng)的時(shí)間標(biāo)記方法對(duì)于噪聲更加穩(wěn)定。

能量歸一化甄別法是在前沿甄別時(shí)，添加能量歸一化操作。由于該方法已經(jīng)修正了前沿甄別法的時(shí)間游走誤差，因而比前沿甄別法的精確度更高。然而，這種方法要求閃爍脈沖的數(shù)字化器具有較高的采樣率，因而在實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用中受到了限制。

由于以上方法通常在微元電流加和之后進(jìn)行光子流信號(hào)的處理，信息受到了極大的減損，時(shí)間分辨率上略顯不足、靈活度低或者需要較高的計(jì)算量，有必要提出一種時(shí)間分辨率好、計(jì)算量小、結(jié)構(gòu)更加靈活的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記及其微元陣列編碼系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法及該標(biāo)記時(shí)間所在窗內(nèi)的微元陣列編碼系統(tǒng)，該時(shí)間標(biāo)記方法和編碼系統(tǒng)能在時(shí)間空間分辨率較好、計(jì)算量小、可重復(fù)性好、系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)、不依賴于光束特性并且可以學(xué)習(xí)光束數(shù)據(jù)中的固有特性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法，包括以下步驟：

S1：從時(shí)鐘輸入端獲取雙時(shí)鐘源信號(hào)，其中一個(gè)時(shí)鐘（時(shí)鐘源A）頻率為1～100 MHz，另一個(gè)（時(shí)鐘源B）為100～500MHz，分別用于驅(qū)動(dòng)激活微元標(biāo)記陣列和N個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（假設(shè)總共有S個(gè)微元，每M個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域，則N=S/M）；

S2：根據(jù)微元的鄰接關(guān)系，對(duì)每一個(gè)微元建立共時(shí)間測量域的時(shí)間測量電路，屬于同一個(gè)共時(shí)間測量域的微元，將微元的快速信號(hào)端輸出給延遲鏈；

S3：為每一個(gè)微元建立激活微元標(biāo)記陣列R_A，在（時(shí)鐘源A）每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，記錄被光子激發(fā)的微元分布；

S4：為所有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間占用狀態(tài)陣列R_B，在（時(shí)鐘源B）每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，記錄被光子激發(fā)的時(shí)間分布；

S5：每一個(gè)微元都由失效標(biāo)記進(jìn)行工作控制，將處于壞死或者性能較差的微元進(jìn)行屏蔽；

S6：為每一個(gè)微元建立陣列R_A和R_B的可配置微元編碼數(shù)字單元，該可配置微元工作在壓縮模式或者非壓縮模式下；

S7：通過在壓縮模式下已經(jīng)配置的微元編碼數(shù)字單元，傳輸壓縮后的數(shù)字化樣本；

S8：根據(jù)壓縮后的數(shù)字化樣本和已知的微元編碼配置參數(shù)，還原激活微元的時(shí)空聯(lián)合分布。

所述步驟S1包括下列子步驟：

S1.1，當(dāng)系統(tǒng)偵測到雙路時(shí)鐘輸入時(shí)，其中的一路時(shí)鐘將由時(shí)鐘管理單元，移相至對(duì)齊另一路時(shí)鐘；

S1.2，當(dāng)系統(tǒng)僅有一路時(shí)鐘輸入，偵測到的另一路時(shí)鐘接口沒有時(shí)鐘信號(hào)或者信號(hào)微弱時(shí)，由僅有的一路信號(hào)進(jìn)行分頻，產(chǎn)生另一路信號(hào)。

所述步驟S2包括下列子步驟：

S2.1，根據(jù)系統(tǒng)中存在的總微元數(shù)目S和可容納的總時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)目N，劃分微元共時(shí)間測量域；

S2.2，將屬于同一個(gè)共時(shí)間測量域的微元的快速信號(hào)同時(shí)輸入到一個(gè)共地的延遲鏈上，每一級(jí)延遲鏈由一級(jí)觸發(fā)器扇出；

S2.3，觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由時(shí)鐘源B提供，每一個(gè)時(shí)鐘周期讀取一次延遲鏈的時(shí)間測量信息。

所述步驟S3包括下列子步驟：

S3.1，微元的慢輸出口通過比較電路進(jìn)行斬波處理，保證其正性輸出不超越量程；

S3.2，根據(jù)S3.1中的斬波信號(hào)，將斬波信號(hào)輸出給斯密特觸發(fā)器，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的脈沖寬度，使其等于S1中時(shí)鐘源A的周期；

S3.3，微元在時(shí)鐘源A的單個(gè)周期內(nèi)是否被激活由激活微元標(biāo)記陣列R_A記錄，激活矩陣的刷新頻率由S1中提到的時(shí)鐘源A的頻率所確定，根據(jù)S3.2中的調(diào)節(jié)寬度的觸發(fā)器脈沖，標(biāo)記響應(yīng)位置是否被激活。

所述步驟S4包括下列子步驟：

S4.1，S2.3中的觸發(fā)器后再連接一級(jí)防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;

S4.2，根據(jù)S4.1中的防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出情況，S4.1中的防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出給時(shí)間占用狀態(tài)陣列R_B，記錄每一條延遲鏈的測量結(jié)果；

S4.3，根據(jù)S4.2中的延遲鏈測量結(jié)果，采用稀疏性表示方法對(duì)原始的延遲鏈測量結(jié)果予以壓縮。

所述步驟S5包括下列子步驟：

S5.1，微元失效標(biāo)記控制關(guān)閉時(shí)，在避光和強(qiáng)光的環(huán)境下，測試每一個(gè)微元的電流，其中索引標(biāo)記j的避光電流和強(qiáng)光電流分別為I_j^d和I_j^s；

S5.2，根據(jù)S5.1中的避光電流和強(qiáng)光電流的比值I_j^d/I_j^s，定義失效標(biāo)記矩陣，當(dāng)I_j^d/I_j^s大于失效閾值時(shí)，認(rèn)為該微元處于失效或者低性能狀態(tài)；

S5.3，配置為失效或者低性能的微元直接以50歐姆電阻連地，不參與后續(xù)的電子信號(hào)處理。

所述步驟S6包括下列子步驟：

S6.1，編碼控制關(guān)閉時(shí)，直接對(duì)探測器的每個(gè)微元進(jìn)行無編碼輸出，獲得每一個(gè)微元的時(shí)空擊中概率比；

S6.2，根據(jù)S6.1中的微元時(shí)空擊中概率比，定義編碼的優(yōu)化目標(biāo)，在編碼的帶權(quán)誤差最小，獲得編碼矩陣；

S6.3，獲得編碼矩陣后，根據(jù)S6.2中的編碼矩陣，對(duì)探測器的每個(gè)微元進(jìn)行編碼輸出，使待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量縮小。

所述步驟S8包括下列子步驟：

S8.1，根據(jù)S6.2中的編碼矩陣，通過矩陣反演獲得解編碼矩陣，解編碼矩陣將由計(jì)算機(jī)傳輸獲得的矩陣進(jìn)行解編碼，獲得每一個(gè)微元的擊中時(shí)間和空間信息。

S8.2，根據(jù)S8.1中的微元數(shù)據(jù)，建立最大后驗(yàn)概率的光速到達(dá)時(shí)間統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算出該硅光電倍增器的光速到達(dá)時(shí)間。

優(yōu)選地，在上述的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的光束到達(dá)時(shí)間為光束開始的時(shí)間或者光束開始的時(shí)間延遲一個(gè)恒定的常數(shù)，該常數(shù)適用于整個(gè)系統(tǒng)的所有硅光電倍增器。

優(yōu)選地，在上述的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的快輸出口是指由淬滅電阻直接高頻耦合的快速信號(hào)端，其脈沖寬度小于時(shí)鐘源B的單個(gè)周期。

優(yōu)選地，在上述的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的慢輸出口是指由淬滅電阻信號(hào)隔直放大放慢的較慢信號(hào)端，其脈沖寬度小于斯密特觸發(fā)器的延遲。

優(yōu)選地，在上述的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的失效閾值是指微元有效和無效的一個(gè)界限值，該值嚴(yán)格小于1。

一種硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)，其特征在于包括模塊：

失效標(biāo)記模塊100，用于提出微元陣列中剔除性能較差的微元對(duì)整體芯片的影響，得到一個(gè)和微元數(shù)目相等的失效標(biāo)記矩陣，包括失效測試模塊110、微元性能模塊120、微元禁用模塊130；

激活微元編碼模塊200，用于壓縮微元矩陣的尺寸，得到一個(gè)矩陣列長與微元數(shù)目相等，列數(shù)滿足傳輸帶寬的矩陣，通過該矩陣壓縮激活微元的位置信息，包括閾值比較模塊210、斯密特觸發(fā)器模塊220、激活微元矩陣存儲(chǔ)模塊230和激活微元稀疏編碼模塊240；

延遲鏈編碼模塊300，用于壓縮時(shí)間占用狀態(tài)陣列的尺寸，得到一個(gè)矩陣列長等于延遲鏈數(shù)目和級(jí)數(shù)的乘積，列數(shù)滿足傳輸帶寬的矩陣，通過該矩陣壓縮微元陣列的時(shí)間信息，包括防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器陣列310、時(shí)間狀態(tài)陣列緩存320和延遲鏈編碼模塊330；

解編碼模塊400，用于對(duì)編碼的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，獲得原始微元陣列的時(shí)空信息，包括解編碼矩陣生成模塊410、傳輸數(shù)據(jù)獲得模塊420、微元陣列數(shù)據(jù)還原模塊430與微元陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊440。

失效測試模塊110，隸屬于失效標(biāo)記模塊100，用于建立測試環(huán)境，評(píng)估每一個(gè)微元在避光和強(qiáng)光下的電流大小，將兩種環(huán)境下的電流大小輸出給微元性能模塊120；

微元性能模塊120，隸屬于失效標(biāo)記模塊100，用于評(píng)估每一個(gè)微元的工作性能，確定每一個(gè)微元是否失效，將該工作性能參數(shù)（噪聲信號(hào)功率比）傳輸給微元禁用模塊130；

微元禁用模塊130，隸屬于失效標(biāo)記模塊100，根據(jù)微元性能模塊120的工作性能參數(shù)，通過設(shè)定閾值，獲得每一個(gè)微元是否被禁用的標(biāo)記，再根據(jù)標(biāo)記禁用相應(yīng)的微元，使性能較差的微元的供電端開路。

閾值比較模塊210，隸屬于激活微元編碼模塊200，對(duì)每一個(gè)微元的慢輸出口的脈沖信號(hào)作閾值處理，用于對(duì)微元的輸出信號(hào)進(jìn)行限定幅值，再將限幅信號(hào)輸出給斯密特觸發(fā)器模塊220；

斯密特觸發(fā)器模塊220，隸屬于激活微元編碼模塊200，對(duì)每一個(gè)微元的慢輸出口的限幅信號(hào)作延遲處理，用于匹配限幅信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)，再將斯密特觸發(fā)器信號(hào)輸出給激活微元矩陣存儲(chǔ)模塊230；

激活微元矩陣存儲(chǔ)模塊230，隸屬于激活微元編碼模塊200，將激活微元矩陣進(jìn)行快速緩存，以供激活微元稀疏編碼模塊240進(jìn)行讀?。?/p>

激活微元稀疏編碼模塊240，隸屬于激活微元編碼模塊200，對(duì)激活微元矩陣存儲(chǔ)模塊230中的微元激活狀態(tài)進(jìn)行稀疏性編碼，編碼后提交給傳輸端口。

防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器陣列310，隸屬于延遲鏈編碼模塊300，用于防止建立時(shí)間不足造成的亞穩(wěn)態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)散，在進(jìn)位鏈觸發(fā)器之后，續(xù)讀一級(jí)比較器，再將續(xù)讀觸發(fā)器的輸出信號(hào)輸送到時(shí)間狀態(tài)陣列緩存320；

時(shí)間狀態(tài)陣列緩存320，隸屬于延遲鏈編碼模塊300，用于緩存延遲鏈的時(shí)間狀態(tài)陣列，對(duì)延遲鏈編碼模塊進(jìn)行建立時(shí)間和保持時(shí)間匹配，其輸出端接入延遲鏈編碼模塊330；

延遲鏈編碼模塊330，隸屬于延遲鏈編碼模塊300，對(duì)時(shí)間狀態(tài)陣列緩存320中的延遲鏈時(shí)間狀態(tài)進(jìn)行稀疏性編碼，編碼后提交給傳輸端口。

解編碼矩陣生成模塊410，隸屬于解編碼模塊400，在上位機(jī)上對(duì)編碼矩陣進(jìn)行預(yù)先反演，獲得解碼矩陣并讀入到內(nèi)存中，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；

傳輸數(shù)據(jù)獲得模塊420，隸屬于解編碼模塊400，把傳輸?shù)难舆t鏈時(shí)間狀態(tài)矩陣和激活微元陣列數(shù)據(jù)從接口處讀入內(nèi)存當(dāng)中，再將數(shù)據(jù)地址輸出給微元陣列數(shù)據(jù)還原模塊；

微元陣列數(shù)據(jù)還原模塊430，隸屬于解編碼模塊400，對(duì)內(nèi)存中的微元陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行還原處理，再將陣列數(shù)據(jù)輸送給微元陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊440；

微元陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊440，隸屬于解編碼模塊400，用于將微元的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

從上述技術(shù)方案可以看出，通過采用本發(fā)明的時(shí)間標(biāo)記方法和微元陣列編碼系統(tǒng)，能在較低計(jì)算量下獲取時(shí)間標(biāo)記及其參數(shù)。由于該方法不需要事先對(duì)探測器的輸出脈沖進(jìn)行建模，因此具有更佳的普適性和實(shí)用性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）更好的時(shí)間分辨率；

（2）較少的計(jì)算量；

（3）對(duì)探測器本性的適應(yīng)性且附帶自動(dòng)學(xué)習(xí)功能；

（4）對(duì)數(shù)據(jù)量敏感性的可監(jiān)測性和可度量性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法及其微元陣列編碼系統(tǒng)，該方法能有效地提高符合時(shí)間分辨率，降低了時(shí)間標(biāo)記方法的計(jì)算量，并對(duì)探測器有廣泛的適應(yīng)性。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法，通過以多維的光子脈沖自身屬性，采用微元的原始時(shí)空數(shù)據(jù)，再利用最優(yōu)化過程獲得的編碼參數(shù)和函數(shù)形式作為時(shí)間標(biāo)記，具體的方法步驟為：

S1：從時(shí)鐘輸入端獲取雙時(shí)鐘源信號(hào)，其中一個(gè)時(shí)鐘（時(shí)鐘源A）頻率為1～100 MHz，另一個(gè)（時(shí)鐘源B）為100～500MHz，分別用于驅(qū)動(dòng)激活微元標(biāo)記陣列和N個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（假設(shè)總共有S個(gè)微元，每M個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域，則N=S/M）；

S2：根據(jù)微元的鄰接關(guān)系，對(duì)每一個(gè)微元建立共時(shí)間測量域的時(shí)間測量電路，屬于同一個(gè)共時(shí)間測量域的微元，將微元的快速信號(hào)端輸出給延遲鏈；

S3：為每一個(gè)微元建立激活微元標(biāo)記陣列R_A，在（時(shí)鐘源A）每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，記錄被光子激發(fā)的微元分布；

S4：為所有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間占用狀態(tài)陣列R_B，在（時(shí)鐘源B）每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，記錄被光子激發(fā)的時(shí)間分布；

S5：每一個(gè)微元都由失效標(biāo)記進(jìn)行工作控制，將處于壞死情況或者性能較差的微元進(jìn)行屏蔽；

S6：為每一個(gè)微元建立陣列R_A和R_B的可配置微元編碼數(shù)字單元，該可配置微元工作在壓縮模式或者非壓縮模式下；

S7：通過在壓縮模式下已經(jīng)配置的微元編碼數(shù)字單元，傳輸壓縮后的數(shù)字化樣本；

S8：根據(jù)壓縮后的數(shù)字化樣本和已知的微元編碼配置參數(shù)，還原激活微元的時(shí)空聯(lián)合分布。以上的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的采用的點(diǎn)源小于探測器連線的十分之一，或者在探測器尺寸小于1厘米時(shí)，采用斜交于探測器連線的厚度小于1cm的板源。

以上的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的光束到達(dá)時(shí)間為光束開始的時(shí)間或者光束開始的時(shí)間延遲一個(gè)恒定的常數(shù)，該常數(shù)適用于整個(gè)系統(tǒng)的所有硅光電倍增器。

以上的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的快輸出口是指由淬滅電阻直接高頻耦合的快速信號(hào)端，其脈沖寬度小于時(shí)鐘源B的單個(gè)周期。

以上的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的慢輸出口是指由淬滅電阻信號(hào)隔直放大放慢的較慢信號(hào)端，其脈沖寬度小于斯密特觸發(fā)器的延遲。

以上的硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法中，所述的硅光電倍增器的失效閾值是指微元有效和無效的一個(gè)界限值，該值嚴(yán)格小于1。

如圖2所示，本發(fā)明公開的一種硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)，其特征在于包括模塊：

失效標(biāo)記模塊100，用于提出微元陣列中剔除性能較差的微元對(duì)整體芯片的影響，得到一個(gè)和微元數(shù)目相等的失效標(biāo)記矩陣，包括失效測試模塊110、微元性能模塊120、微元禁用模塊130；

激活微元編碼模塊200，用于壓縮微元矩陣的尺寸，得到一個(gè)矩陣列長與微元數(shù)目相等，列數(shù)滿足傳輸帶寬的矩陣，通過該矩陣壓縮激活微元的位置信息，包括閾值比較模塊210、斯密特觸發(fā)器模塊220、激活微元矩陣存儲(chǔ)模塊230和激活微元稀疏編碼模塊240；

延遲鏈編碼模塊300，用于壓縮時(shí)間占用狀態(tài)陣列的尺寸，得到一個(gè)矩陣列長等于延遲鏈數(shù)目和級(jí)數(shù)的乘積，列數(shù)滿足傳輸帶寬的矩陣，通過該矩陣壓縮微元陣列的時(shí)間信息，包括防亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器陣列310、時(shí)間狀態(tài)陣列緩存320和延遲鏈編碼模塊330；

解編碼模塊400，用于對(duì)編碼的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，獲得原始微元陣列的時(shí)空信息，包括解編碼矩陣生成模塊410、傳輸數(shù)據(jù)獲得模塊420、微元陣列數(shù)據(jù)還原模塊430與微元陣列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊440。

圖1為本發(fā)明硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法的流程圖；圖2為本發(fā)明硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)的流程圖。結(jié)合圖1及圖2，通過幾個(gè)具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法及其微元陣列編碼系統(tǒng)做進(jìn)一步描述。本發(fā)明提出的光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法及其微元陣列編碼系統(tǒng)，其涉及到的集合劃分、函數(shù)衍生方式及其優(yōu)先級(jí)順序、編碼系統(tǒng)、性能閾值參數(shù)需要根據(jù)與獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到足夠的統(tǒng)計(jì)性能。此處列出所涉及的應(yīng)用實(shí)施例處理數(shù)據(jù)的參數(shù)。

實(shí)例1：硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法

此處列出本實(shí)施例1處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

步驟S1采用的時(shí)鐘源A為50MHz，時(shí)鐘源B為200MHz，由兩個(gè)時(shí)鐘端口輸入，總共有64x64=4096個(gè)微元；

步驟S2中S=4096，M=128，N=32，即有32條延遲鏈，128個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

步驟S3中采用的觸發(fā)器建立時(shí)間為2.1 ns，保持時(shí)間1.8 ns；

步驟S4中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為51 ps；

步驟S5中失效閾值設(shè)定為0.4；

步驟S6中配置寄存器有4096組，每組8位；

步驟S7中傳輸數(shù)據(jù)接口采用千兆以太網(wǎng)口，峰值速度為92Mbytes/s；

步驟S8中采用極大似然估計(jì)為目標(biāo)函數(shù)，獲得微元的時(shí)空分布。

實(shí)例2：硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法

此處列出本實(shí)施例2處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

步驟S1采用的時(shí)鐘源A為40MHz，時(shí)鐘源B為240MHz，由兩個(gè)時(shí)鐘端口輸入，總共有64x64=4096個(gè)微元；

步驟S2中S=4096，M=256，N=16，即有16條延遲鏈，256個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

步驟S3中采用的觸發(fā)器建立時(shí)間為3.1 ns，保持時(shí)間2.8 ns；

步驟S4中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為55 ps；

步驟S5中失效閾值設(shè)定為0.3；

步驟S6中配置寄存器有4096組，每組16位；

步驟S7中傳輸數(shù)據(jù)接口采用快速以太網(wǎng)口，峰值速度為9.0Mbytes/s；

步驟S8中采用極大后驗(yàn)概率為目標(biāo)函數(shù)，獲得微元的時(shí)空分布。

實(shí)例3：硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法

此處列出本實(shí)施例3處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

步驟S1采用的時(shí)鐘源A為10MHz，時(shí)鐘源B為100MHz，由兩個(gè)時(shí)鐘端口輸入，總共有128x64 = 9192個(gè)微元；

步驟S2中S=9192，M=128，N=64，即有64條延遲鏈，128個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

步驟S3中采用的觸發(fā)器建立時(shí)間為2.3 ns，保持時(shí)間3.8 ns；

步驟S4中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為58 ps；

步驟S5中失效閾值設(shè)定為0.5；

步驟S6中配置寄存器有4096組，每組64位；

步驟S7中傳輸數(shù)據(jù)接口采用萬兆以太網(wǎng)口，峰值速度為1.23Gbytes/s；

步驟S8中采用加權(quán)最小二乘為目標(biāo)函數(shù)，獲得微元激活的時(shí)空分布。

實(shí)例4：硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)

此處列出本實(shí)施例4處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

模塊100中采用的失效閾值設(shè)定為0.5；

模塊200中S=4096，M=128，N=32，即有32條延遲鏈，128個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

模塊300中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為51 ps；

模塊400中采用加權(quán)最小二乘為目標(biāo)函數(shù)，重建微元激活的時(shí)空分布。

實(shí)例5：硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)

此處列出本實(shí)施例5處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

模塊100中采用的失效閾值設(shè)定為0.45；

模塊200中S=4096，M=64，N=64，即有64條延遲鏈，64個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

模塊300中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為52 ps；

模塊400中采用最大似然為目標(biāo)函數(shù)，重建微元激活的時(shí)空分布。

實(shí)例6：硅光電倍增器的微元陣列編碼系統(tǒng)

此處列出本實(shí)施例6處理數(shù)據(jù)的參數(shù)：

模塊100中采用的失效閾值設(shè)定為0.35；

模塊200中S=4096，M=4，N=1024，即有1024條延遲鏈，4個(gè)微元組成一個(gè)共時(shí)間測量域；

模塊300中采用的延遲鏈每一級(jí)的時(shí)間長度為58 ps；

模塊400中采用最大后驗(yàn)概率為目標(biāo)函數(shù)，重建微元激活的時(shí)空分布。

本發(fā)明涉及高能物理與粒子物理應(yīng)用、核醫(yī)學(xué)裝備和生物醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域，尤其涉及一種硅光電倍增器的時(shí)間標(biāo)記方法及其微元陣列編碼系統(tǒng)。

通過對(duì)比可以看出，采用本發(fā)明的時(shí)間標(biāo)記方法和交叉驗(yàn)證方法，能在較低計(jì)算量下獲取時(shí)間標(biāo)記及其參數(shù)。由于該方法不需要事先對(duì)探測器的輸出脈沖進(jìn)行建模，因此具有更佳的普適性和實(shí)用性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）更好的時(shí)間分辨率；

（2）較少的計(jì)算量；

（3）對(duì)探測器本性的適應(yīng)性且附帶自動(dòng)學(xué)習(xí)功能；

（4）對(duì)數(shù)據(jù)量敏感性的可監(jiān)測性和可度量性。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。