CN110389374B - 一种探测器的前端电路及探测器 - Google Patents

一种探测器的前端电路及探测器 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种探测器的前端电路及探测器，该前端电路包括：能量测量电路和逻辑电路；能量测量电路包括整形电路、第一DA电路和第一差分放大器；整形电路将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号；去噪后的脉冲信号输入第一差分放大器的第一输入端；第一DA电路将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入第一差分放大器的第二输入端；第一差分放大器的第一输出端和第二输出端分别连接逻辑电路的第一对I/O口；逻辑电路用于对第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息。利用该探测器的前端电路，能够简化电路结构、降低电路功耗与成本，并实现了电荷采集电路的全数字化。

Description

一种探测器的前端电路及探测器
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种探测器的前端电路及探测器。
背景技术
正电子发射断层成像术(Positron Emission Tomography，PET)是利用正电子衰变核素类放射性药物显像的一种核物理学探测技术，通过探测正负电子湮灭(Annihilation)所产生的511keV能量且向相反方向发射的γ光子对，把湮灭事件按符合线统计投影分布而重建图像。随后，飞行时间法(Time-Of-Flight，TOF)开始应用在PET上，测量γ光子对到达探测器的时间差，并根据光速估计出湮灭事件在符合线上的位置。
电荷采集电路是PET前端电路的主要部分之一，主要用于能量信息的检测，检测到的能量信息用于像素位置识别或系统校正等用途，具体可以参见图1，该图为现有技术中探测器的电荷采集电路的电路图。
探测器的脉冲信号经过前级放大器后输入电荷采集电路，现有的电荷采集电路中的VGA(可变增益放大器)101用于进行通道增益校正，然后通过ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)102对脉冲信号进行采样，将采样后的数据传给现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)，数据经FPGA的计算得到电荷量并转换成能量信息。
数字化PET出现后，使用硅半导体光电倍增管(Silicon Photomultiplier，SIPM)阵列探测器，数字化PET的前端电路对硅光电倍增管一对一读出，导致电荷采集电路的通道数量不断增加，带来了以下两个问题：一方面由于在探测器一对一读出的数字化PET系统中对脉冲信号进行采样时需要使用精确度高、处理速度快的模数转换器，而此类模数转换器的电路结构复杂、功耗较高并且价格较高，随着通道数量不断增加，需要的模数转换器也相应不断增加，导致电荷采集电路的体积增大、功耗不断提升并且成本也不断增加；另一方面，由于探测器一对一读出的数字化PET系统中每个模数转换器通道都需要通过高速数据总线向FPGA处理器进行数据传输，对于每个模数转换器，其数据输出端口包括了多个串行或者并行的数据脚、时钟脚、同步脚、控制总线引脚等，因此数量庞大的模数转换器通道需要占用数量更加庞大的高速数据总线连接到FPGA的I/O端口上，使得FPGA的资源几乎全部都被占用，无法提供多余的资源实现其它功能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供了一种探测器的前端电路及探测器，无需使用外部的模数转换器，能够简化电路结构、降低电路功耗与成本，并实现了电荷采集电路的全数字化。
本申请实施例提供了一种探测器的前端电路，包括：能量测量电路和逻辑电路；
所述能量测量电路包括整形电路、第一DA电路和第一差分放大器；
所述整形电路，用于将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号；
所述去噪后的脉冲信号输入所述第一差分放大器的第一输入端；
所述第一DA电路，用于将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入所述第一差分放大器的第二输入端；
所述第一差分放大器的第一输出端和所述第一差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第一对I/O口；
所述逻辑电路，用于对所述第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对所述能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息。
可选的，所述探测器的前端电路还包括：第一时间测量电路；
所述第一时间测量电路包括恒比定时电路和第二差分放大器；
所述恒比定时电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行恒比处理，将恒比处理后的信号输入所述第二差分放大器的第一输入端，所述第二差分放大器的第二输入端接地；
所述第二差分放大器的第一输出端和所述第二差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第二对I/O口；
所述逻辑电路，还用于对所述第二对I/O口的信号进行过零触发，获得定时逻辑脉冲信号，并对所述定时逻辑脉冲信号的到达时间进行测量以获得时间信息。
可选的，所述探测器的前端电路还包括：第二时间测量电路；
所述第二时间测量电路包括前沿定时电路、第二DA电路和第三差分放大器；
所述前沿定时电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行延时，将延时后的脉冲信号输入所述第三差分放大器的第一输入端；
所述第二DA电路，用于将数字时间阈值转换为模拟时间阈值后输入所述第三差分放大器的第二输入端；
所述第三差分放大器的第一输出端和所述第三差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第三对I/O口；
所述逻辑电路，还用于对所述第三对I/O口的信号进行过零触发，获得定时逻辑脉冲信号，并对所述定时逻辑脉冲信号的到达时间进行测量以获得时间信息。
可选的，所述探测器的前端电路还包括：第三DA电路和第四差分放大器；
所述第四差分放大器的第一输入端连接所述探测器输出的脉冲信号；
所述第三DA电路，用于将数字有效触发阈值转换为模拟有效触发阈值后输入所述第四差分放大器的第二输入端；
所述第四差分放大器的第一输出端和所述第四差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第四对I/O口；
所述逻辑电路，还用于将所述定时逻辑脉冲信号和所述第四对I/O口的逻辑结果进行逻辑与操作，获得逻辑结果信号，并对所述逻辑结果信号的到达时间进行测量以获得所述时间信息。
可选的，所述逻辑电路为FPGA或CPLD。
可选的，所述恒比定时电路包括衰减倒相电路和延迟电路；
所述衰减倒相电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行衰减和倒相，将衰减和倒相后的信号发送给所述第二差分放大器的第一输入端；
所述延迟电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行延迟，将延迟后的信号发送给所述第二差分放大器的第一输入端。
可选的，所述衰减倒相电路包括：电阻网络。
可选的，所述延迟电路包括：预设长度的传输线；
或，
所述延迟电路包括：模拟延迟器。
可选的，所述I/O口通过设置所述全差分放大器的共模电压和增益配置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口。
本申请实施例还提供了一种探测器，该探测器包括上述任一项所述的探测器的前端电路，其特征在于，还包括：晶体和光电倍增管；
所述晶体被光子击中产生可见光；
所述光电倍增管感测所述可见光并产生光电子脉冲信号；
所述探测器的前端电路，用于读取所述光电子脉冲信号，获得湮灭事件的能量信息。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
该前端电路包括：能量测量电路和逻辑电路；能量测量电路包括整形电路、第一模数转换DA电路和第一差分放大器；其中整形电路将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号，通过整形电路可以消除脉冲信号中的噪声和毛刺，使得脉冲波形曲线更加光滑，同时也将脉冲信号的前时间沿、后时间沿整形成易于与模拟能量阈值进行比较的平滑曲线；去噪后的脉冲信号输入第一差分放大器的第一输入端；第一DA电路将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入第一差分放大器的第二输入端，由于第一DA电路只是用于提供能量阈值，与现有技术中使用的高速精确的模数转换器相比电路结构更加简单、功耗和成本都显著降低；第一差分放大器的第一输出端和第一差分放大器的第二输出端分别连接逻辑电路的第一对I/O口；逻辑电路对第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息，即利用了I/O接口具有的差分接口电平过“0”逻辑翻转的特性，将差分信号直接转换成能量脉宽信号，此过程也是将输入的模拟信号数字化的过程。
利用本申请提供的探测器的前端电路，用结构简单的DA电路代替结构复杂的模数转换器，减少了占用I/O口的数量进而避免了模数转换器占用过多的逻辑电路的资源，能够简化电路结构、降低电路功耗与成本并实现了电荷采集电路的全数字化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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它的附图。
图1为现有技术中探测器的电荷采集电路的电路图；
图2为本申请实施例一提供的一种探测器的前端电路的电路图；
图3为本申请实施例一提供的整形电路的输入与输出的信号示意图；
图4为本申请实施例一提供的各高速差分接口的标准电平；
图5为本申请实施例一提供的逻辑电路的工作原理示意图；
图6为本申请实施例二提供的另一种探测器的前端电路的电路图；
图7为本申请实施例二提供的差分恒比定时的原理示意图；
图8为本申请实施例三提供的又一种探测器的前端电路的电路图；
图9为本申请实施例四提供的一种探测器的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一：
本申请实施例一提供了一种探测器的前端电路，下面结合附图具体说明。
参见图2，该图为本申请实施例一提供的一种探测器的前端电路的电路图。
本申请实施例所述的前端电路包括：能量测量电路201和逻辑电路202，其中所述能量测量电路201包括整形电路201a、第一DA电路201b和第一差分放大器201c。
所述整形电路201a与所述第一差分放大器201c的第一输入端相连，所述第一DA电路201b与所述第一差分放大器201c的第二输入端相连，所述第一差分放大器201c的第一输出端和所述第一差分放大器201c的第二输出端分别连接所述逻辑电路202的第一对I/O口。
下面具体介绍本申请实施例提供的前端电路的工作原理：
具体实现时，探测器采集的脉冲信号经过前级放大器后输入所述整形电路201a，所述整形电路201a中包含滤波器，利用滤波器对脉冲信号进行去噪处理，本申请对所述整形电路201a采用的滤波器不做具体限定，去噪处理指消除脉冲信号中的噪声和毛刺，使得脉冲信号的波形更加光滑，同时也将脉冲信号的前时间沿、后时间沿整形成为易于与所述模拟能量阈值进行比较的平滑曲线，去噪处理后获得去噪后的脉冲信号。
可以参见图3所示的输入与输出的信号示意图，输入的脉冲信号通过整形电路201a整形后曲线整体变平滑，同时去噪后的脉冲信号与模拟能量阈值进行比较时也更加方便。去噪后的脉冲信号输入第一差分放大器201c的第一输入端，第一输入端为第一差分放大器201c的同相输入端。
第一DA电路201b，用于将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入第一差分放大器201c的第二输入端，第二输入端为第一差分放大器201c的反相输入端。
为第一DA电路201b设置合适的数字能量阈值，可以获得较高的能量分辨率。在探测器一对一读出的数字化PET系统中，不同的探测器通道间的增益存在差异，通过对第一DA电路201b的数字能量阈值进行适当的调整，可以校正由探测器的不同通道间增益的差值引起的能量不一致性。
进一步，由于差分信号具有共模抑制的特点，因此可以抵消探测器输出信号中的噪声信号，便于实现高精度的时间测量进而以获得准确的能量信息。通过设置所述第一差分放大器201c的共模电压Vcm和增益配置，可以使得输出的差分信号符合不同的高速差分接口标准，包括低压差分信号(Low Voltage Differential Signals，LVDS)接口、电流型逻辑(Current Mode Logic，CML)接口、或低压正发射极耦合逻辑(Low Voltage PositiveEmitter Couple Logic，LVPECL)接口等差分接口，上述各个高速差分接口的标准电平具体可以参见图4所示。
第一差分放大器201c输出的差分信号被输入到逻辑电路202的第一对I/O口，第一对I/O口可以设置为LVDS、CML或LVPECL中的任意一种，以上差分接口均具有差分信号过“0”逻辑翻转的特性，利用该特性，逻辑电路202可以将接收的差分信号形成差分过阈值触发，获得能量脉宽信号，具体可以参见图5所示的工作原理示意图，此过程也完成了将输入的模拟信号数字化的过程；然后对能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息，即逻辑电路202根据测得的时间差Δt获取能量信息。
逻辑电路202可以为FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)或CPLD(Complex Programmable Logic Device，即复杂可编程逻辑器件)，本申请实施例对此不做具体限定。
本申请实施例提供了一种探测器的前端电路，通过整形电路将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号，整形电路可以消除脉冲信号中的噪声和毛刺，使得脉冲波形曲线更加光滑，同时也将脉冲信号的前时间沿和后时间沿整形成易于与模拟能量阈值进行比较的平滑曲线，去噪后的脉冲信号输入第一差分放大器的第一输入端；第一DA电路将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入第一差分放大器的第二输入端，由于第一DA电路只是用于提供能量阈值，与现有技术中使用的高速精确的模数转换器相比电路结构更加简单、功耗和成本都显著降低；逻辑电路用于对第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对所述能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息，即利用了I/O接口具有的差分接口电平过“0”逻辑翻转的特性，将差分信号直接转换成能量脉宽信号，此过程也是将输入的模拟信号数字化的过程。
本申请实施例提供的探测器的前端电路，用结构简单的DA电路代替结构复杂的模数转换器，减少了占用I/O口的数量进而避免了因使用模数转换器占用过多的逻辑电路的资源，能够简化电路结构、降低电路功耗与成本并实现了电荷采集电路的全数字化。
实施例二：
本申请实施例二还提供了另一种探测器的前端电路，实施例一提供的前端电路可以获得脉冲信号对应的能量信息，本实施例提供的前端电路不仅可以获得能量信息，还可以获得时间信息。下面结合附图具体说明。
参见图6，该图为本申请实施例二提供的另一种探测器的前端电路的电路图。
在实施例一所述电路的基础上，本申请实施例的电路还包括：第一时间测量电路600，具体的，第一时间测量电路600包括恒比定时电路601、第二差分放大器602、第三DA电路603和第四差分放大器604。其中恒比定时电路601具体包括衰减倒相电路601a和延迟电路601b。
下面具体介绍本申请实施例提供的前端电路的工作原理：
来自探测器的脉冲信号分成两路，其中一路脉冲信号输入第一时间测量电路600，首先脉冲信号输入恒比定时电路601进行恒比处理，恒比处理具体包括：通过衰减倒相电路601a将探测器输出的脉冲信号进行衰减和倒相，将衰减和倒相后的信号发送给第二差分放大器602的第一输入端；通过延迟电路601b将探测器输出的脉冲信号进行延迟，将延迟后的信号发送给所述第二差分放大器602的第一输入端。
将恒比处理后的信号输入第二差分放大器602的第一输入端，第二差分放大器602的第二输入端接地，所述第二差分放大器602用于产生差分恒比信号。
需要注意的是，上述对探测器输出的脉冲信号进行衰减和倒相的处理顺序可以进行调换。
下面结合附图具体介绍差分恒比定时原理：
参见图7，该图为本申请实施例二提供的差分恒比定时的原理示意图。
衰减倒相电路601a和延迟电路601b接收到来自探测器的脉冲信号+X，其中，衰减倒相电路601a将脉冲信号+X进行衰减和倒相，以先衰减后倒相为例，衰减后的脉冲信号为+aX(a为衰减比例，0＜a＜1)，倒相后的脉冲信号为-aX。
具体实现时，衰减倒相电路601a可以是电阻网络，如T型衰减网络、∏型衰减网络等，可以通过选择不同阻值的电阻，根据各个电阻阻值以及各电阻的连接关系，确定该衰减倒相电路601a的衰减比例的取值。
经过延迟电路601b延迟后的脉冲信号+X与原脉冲信号的幅值相同，但存在一定的延时t1。
具体实现时，延迟电路601b可以是预设长度的传输线，或者是模拟延迟器。一般情况下，在一定范围内传输线的长度与延迟的时间存在一定的比例关系，因此可以根据实际延迟时间的需要来设置传输线的长度。此外，所述模拟延迟器可以为表面封装(SurfaceMounted Technology，SMT)的模拟延迟器，也可以是电阻和电容组成的延迟电路，本申请对此不作具体限定，当利用模拟延迟器来实现延迟时，具体的延迟时间可以通过设置模拟延迟器中的电气元件参数来实现。
将处理后的脉冲进行相加求和，所得信号为Y，其中Y＝X+(-ax)，然后利用第二差分放大器602对Y做恒比处理，使衰减比例a和延时t1形成一个恒定的比例，并得到一对差分恒比信号，即Y和-Y，此时当输入的脉冲信号幅值发生变化时，差分恒比信号总是在相同的时间过零点，从而形成了差分恒比定时。
第二差分放大器602的第一输出端和第二差分放大器602的第二输出端分别连接所述逻辑电路202的第二对I/O口。
探测器输出的另一路脉冲信号输入第四差分放大器604的第一输入端。第三DA电路603，用于将数字有效触发阈值转换为模拟有效触发阈值后输入第四差分放大器的604第二输入端，可以通过将第三DA电路603的数字有效触发阈值设置调整到只有超过511keV的信号才能作为有效信号，滤除噪声带来的测量干扰，即第三DA电路603用于产生预甄别信号。
所述第四差分放大器604，用于生产差分预甄别信号，所述第四差分放大器604的第一输出端和所述第四差分放大器604的第二输出端分别连接所述逻辑电路202的第四对I/O口。
通过设置所述第二差分放大器602和所述第四差分放大器的604的共模电压Vcm和增益配置，可以使得输出的差分信号符合不同的高速差分接口标准，包括低压差分信号接口、电流型逻辑接口、或低压正发射极耦合逻辑接口等差分接口。
所述第二对I/O口和所述第四对I/O口可以设置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口，利用上述接口电路的差分电平过“0”逻辑翻转的特性，形成过阈值触发。所述逻辑电路202，还用于将所述差分恒比信号转换成定时逻辑脉冲信号，将所述差分预甄别信号转换为有效触发信号，此过程也完成了将输入的模拟信号数字化的过程。
进一步，逻辑电路202，还用于将定时逻辑脉冲信号和第四对I/O口的逻辑结果进行逻辑与操作，即将定时逻辑脉冲信号与有效触发信号进行逻辑与操作，获得逻辑结果信号，当所述逻辑与操作的结果等于“1”时，表征此时定时逻辑脉冲信号有效，对逻辑结果为“1”的逻辑结果信号的到达时间进行测量以获得所述时间信息。
进一步，还可以通过逻辑电路202内部的TDC(Time-to-DigitalConverter，即时间数字转换器)测量逻辑结果信号的到达时间，例如当所述逻辑电路202为FPGA时，可利用FPGA延迟链的原理，在FPGA内部实现TDC的功能。
需要注意的是，还有另一路探测器的脉冲信号输入所述能量测量电路201，该部分电路的工作原理同实施例一中所述，这里不再赘述。
本申请实施例所述前端电路的电路结构简单，避免了使用大量的比较器，减少了占用I/O口的数量进而，其中的第一时间测量电路采用了全数字化的差分恒比定时技术，具有高共模抑制比，可以实现低噪声的高速信号传输，前端电路输出的差模电压和共模电压的范围可以设置与各种接口的电平标准兼容，利用逻辑电路内部的TDC测量逻辑结果信号的到达时间，无需外部的TDC芯片。
实施例三
本申请实施例三提供了又一种探测器的前端电路，与实施例二区别的是，实施例二的时间测量电路的工作原理为恒比定时，本实施例提供的时间测量电路为前沿定时，下面结合附图具体说明。
参见图8，该图为本申请实施例三提供的又一种探测器的前端电路的电路图。
在实施例一所述电路的基础上，本申请实施例提供的电路还包括：第二时间测量电路800，具体的，第二时间测量电路800包括前沿定时电路801、第二DA电路802、第三差分放大器803、第三DA电路603和第四差分放大器604。
下面具体介绍本申请实施例提供的前端电路的工作原理：
来自探测器的脉冲信号分成两路，其中一路脉冲信号输入第二时间测量电路800，具体的，前沿定时电路801将所述脉冲信号进行延时，将延时后的脉冲信号输入第三差分放大器803的第一输入端。
第二DA电路802将数字时间阈值转换为模拟时间阈值后输入第三差分放大器803的第二输入端。
第三差分放大器803的第一输出端和第二输出端分别连接逻辑电路202的第三对I/O口，第三差分放大器803用于产生差分前沿过阈值信号。
为了避免噪声带来的影响，还对脉冲信号进行预甄别处理，将探测器的另一路的脉冲信号输入第四差分放大器604的第一输入端，第四差分放大器604用于产生差分预甄别信号。所述第四差分放大器604的第一输出端和第二输出端分别连接逻辑电路202的第四对I/O口。
第三DA电路603用于将数字有效触发阈值转换为模拟有效触发阈值后输入第四差分放大器604的第二输入端。可以通过将第三DA电路603的数字有效触发阈值设置调整到只有超过511keV的信号才能作为有效信号，滤除噪声带来的测量干扰，即第三DA电路603用于产生预甄别信号。
通过设置所述第三差分放大器803和所述第四差分放大器的604的共模电压Vcm和增益配置，可以使得输出的差分信号符合不同的高速差分接口标准。第三对I/0口和第四对I/O口可以设置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口，利用上述接口电路的差分电平过“0”逻辑翻转的特性，形成过阈值触发。
逻辑电路202还用于将差分前沿过阈值信号转换成定时逻辑脉冲信号并将差分预甄别信号转换为有效触发信号，此过程也完成了将输入的模拟信号数字化。
进一步，逻辑电路202还用于将定时逻辑脉冲信号和第四对I/O口的逻辑结果进行逻辑与操作，即将定时逻辑脉冲信号与有效触发信号进行逻辑与操作，获得逻辑结果信号，当逻辑与操作的结果等于“1”时，表征此时所述定时逻辑脉冲信号有效，对逻辑结果为“1”的逻辑结果信号的到达时间进行测量以获得时间信息。
进一步，还可以通过逻辑电路202内部的TDC(Time-to-Digital Converter，即时间数字转换器)测量逻辑结果信号的到达时间，例如当所述逻辑电路202为FPGA时，可利用FPGA延迟链的原理，在FPGA内部实现TDC的功能。
本申请实施例的前端电路结构简单，其中的第二时间测量电路采用了全数字化的前沿定时技术，避免使用大量的比较器与触发器，具有高共模抑制比，还可以实现低噪声的高速信号传输，所述前端电路输出的差模电压和共模电压的范围可以设置与各种接口的电平标准兼容，利用所述逻辑电路内部的TDC测量逻辑结果信号的到达时间无需外部的TDC芯片。
实施例四：
基于上述实施例提供的探测器的前端电路，本申请实施例四还提供了一种探测器，下面结合附图具体说明。
参见图9，该图为本申请实施例四提供的一种探测器的示意图。
所述探测器包括：晶体901、光电倍增管902和上述任意实施例所述的探测器的前端电路903。
晶体901，用于被光子击中产生可见光。
光电倍增管902，用于感测所述可见光并产生光电子脉冲信号。
探测器的前端电路903，用于读取光电子脉冲信号，获得湮灭事件的能量信息。
其中，探测器的前端电路903的具体电路结构和工作原理可以参见上述各实施例的描述，这里不再赘述。
本申请实施例提供的探测器的前端电路包括能量测量电路和逻辑电路；其中能量测量电路包括整形电路、第一模数转换DA电路和第一差分放大器；整形电路用于将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号，通过整形电路可以消除脉冲信号中的噪声和毛刺，使得脉冲波形曲线更加光滑，同时也将脉冲信号的前时间沿和后时间沿整形成为易于与模拟能量阈值进行比较的平滑曲线，去噪后的脉冲信号输入第一差分放大器的第一输入端；第一DA电路用于将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入第一差分放大器的第二输入端，由于第一DA电路用于提供能量阈值，与现有技术中使用的高速精确的模数转换器相比电路结构更加简单、功耗和成本都显著降低；第一差分放大器的第一输出端和第一差分放大器的第二输出端分别连接逻辑电路的第一对I/O口；逻辑电路用于对第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对所述能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息，即利用了I/O接口差分接口电平过“0”逻辑翻转的特性，将差分信号直接转换成能量脉宽信号，此过程也完成了输入的模拟信号数字化。
本申请实施例提供的探测器，用结构简单的DA电路代替结构复杂的模数转换器，避免了模数转换器占用过多的逻辑电路的资源，能够简化电路结构、降低电路功耗与成本并实现了电荷采集电路的数字化，并且由于所述前端电路采用的是数字化的差分电路，具有高共模抑制比，可以实现低噪声的高速信号传输。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种探测器的前端电路，其特征在于，包括：能量测量电路和逻辑电路；
所述能量测量电路包括整形电路、第一DA电路和第一差分放大器；
所述整形电路，用于将探测器输出的脉冲信号进行去噪处理，获得去噪后的脉冲信号；
所述去噪后的脉冲信号输入所述第一差分放大器的第一输入端；
所述第一DA电路，用于将数字能量阈值转换为模拟能量阈值输入所述第一差分放大器的第二输入端；
所述第一差分放大器的第一输出端和所述第一差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第一对I/O口；
所述逻辑电路，用于对所述第一对I/O口的信号进行过零触发，获得能量脉宽信号，并对所述能量脉宽信号进行时间测量以获得能量信息。
2.根据权利要求1所述的前端电路，其特征在于，还包括：第一时间测量电路；
所述第一时间测量电路包括恒比定时电路和第二差分放大器；
所述恒比定时电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行恒比处理，将恒比处理后的信号输入所述第二差分放大器的第一输入端，所述第二差分放大器的第二输入端接地；
所述第二差分放大器的第一输出端和所述第二差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第二对I/O口；
所述逻辑电路，还用于对所述第二对I/O口的信号进行过零触发，获得定时逻辑脉冲信号，并对所述定时逻辑脉冲信号的到达时间进行测量以获得时间信息。
3.根据权利要求1所述的前端电路，其特征在于，还包括：第二时间测量电路；
所述第二时间测量电路包括前沿定时电路、第二DA电路和第三差分放大器；
所述前沿定时电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行延时，将延时后的脉冲信号输入所述第三差分放大器的第一输入端；
所述第二DA电路，用于将数字时间阈值转换为模拟时间阈值后输入所述第三差分放大器的第二输入端；
所述第三差分放大器的第一输出端和所述第三差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第三对I/O口；
所述逻辑电路，还用于对所述第三对I/O口的信号进行过零触发，获得定时逻辑脉冲信号，并对所述定时逻辑脉冲信号的到达时间进行测量以获得时间信息。
4.根据权利要求2或3所述的前端电路，其特征在于，还包括：第三DA电路和第四差分放大器；
所述第四差分放大器的第一输入端连接所述探测器输出的脉冲信号；
所述第三DA电路，用于将数字有效触发阈值转换为模拟有效触发阈值后输入所述第四差分放大器的第二输入端；
所述第四差分放大器的第一输出端和所述第四差分放大器的第二输出端分别连接所述逻辑电路的第四对I/O口；
所述逻辑电路，还用于将所述定时逻辑脉冲信号和所述第四对I/O口的逻辑结果进行逻辑与操作，获得逻辑结果信号，并对所述逻辑结果信号的到达时间进行测量以获得所述时间信息。
5.根据权利要求1所述的前端电路，其特征在于，所述逻辑电路为FPGA或CPLD。
6.根据权利要求2所述的前端电路，其特征在于，所述恒比定时电路包括衰减倒相电路和延迟电路；
所述衰减倒相电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行衰减和倒相，将衰减和倒相后的信号发送给所述第二差分放大器的第一输入端；
所述延迟电路，用于将所述探测器输出的脉冲信号进行延迟，将延迟后的信号发送给所述第二差分放大器的第一输入端。
7.根据权利要求6所述的前端电路，其特征在于，所述衰减倒相电路包括：电阻网络。
8.根据权利要求6所述的前端电路，其特征在于，所述延迟电路包括：预设长度的传输线；
或，
所述延迟电路包括：模拟延迟器。
9.根据权利要求4所述的前端电路，其特征在于，所述第四对I/O口通过设置所述第四差分放大器的共模电压和增益配置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口。
10.根据权利要求2所述的前端电路，其特征在于，所述第一对I/O口通过设置所述第一差分放大器的共模电压和增益配置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口；
所述第二对I/O口通过设置所述第二差分放大器的共模电压和增益配置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口。
11.根据权利要求3前端电路，其特征在于，所述第三对I/O口通过设置所述第三差分放大器的共模电压和增益配置为低压差分信号接口、电流型逻辑接口或低压正发射极耦合逻辑接口。
12.一种探测器，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的探测器的前端电路，其特征在于，还包括：晶体和光电倍增管；
所述晶体被光子击中产生可见光；
所述光电倍增管感测所述可见光并产生光电子脉冲信号；
所述探测器的前端电路，用于读取所述光电子脉冲信号，获得湮灭事件的能量信息。
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