CN114325537B - 一种基线校准方法、系统、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种基线校准方法、系统、装置和存储介质，所述方法包括：确定预设范围的多个参考阈值；确定多个参考阈值与模拟信号的目标频率曲线；基于目标频率曲线确定模拟信号的基线值。

Description

一种基线校准方法、系统、装置和存储介质

技术领域

本说明书涉及信息技术领域，特别涉及一种基线校准方法、系统、装置和存储介质。

背景技术

定时技术通常用于计算时间分辨性能或信号抖动等。常用的模拟定时电路技术一般包括前沿定时，恒必定时等。前沿定时是核电子学定时方法中最常用的方法之一，因其定时电路结构简单，便于优化电路设计，且能满足定时精度及效果，普遍应用在高能物理核技术测量，核医学成像设备等。

由于电子学电路中电子元件的性能误差，通常模拟定时信号都会有一定的基线偏差即基线不在归零处，而基线的准确判定对定时阈值的设置尤为重要，直接影响了定时精度。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种基线校准方法。所述基线校准方法包括：确定预设范围的多个参考阈值；基于所述多个参考阈值与模拟信号，确定目标频率曲线；基于所述目标频率曲线确定所述模拟信号的基线值。

本说明书实施例之一提供一种基线校准系统，所述基线校准系统包括：阈值确定模块，用于确定预设范围的多个参考阈值；曲线确定模块，用于基于所述多个参考阈值与模拟信号，确定目标频率曲线；基线确定模块，用于基于所述目标频率曲线确定所述模拟信号的基线值。

本说明书实施例之一提供一种基线校准装置，包括处理器，所述处理器用于执行基线校准方法。

本说明书实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行基线校准方法。

现阶段，一般来说最简单的方法是在定时信号输出前端串联一定容值的电容器件，可起到隔直的作用，使输出的信号基线强行处于归零处。还可以通过对基线的采样计算某一时间内采样值的平均值作为基线值，然而这种方式需增加独立的ADC器件，增加了电路的成本及复杂程度，且如果ADC的采样率不高，也会使得到的基线值不准确。

另外，对于有特殊需求的电路结构决定了模拟定时信号必须有某一固定电平的基线值如1V,1.2V等，尤其是对带多通道定时功能的ASIC芯片来说，制备工艺差异，往往会导致多通道定时信号基线值之间存在差异，因此更需要通过对每个通道的基线校准来设定每个通道的定时阈值。

本说明书一个或多个实施例的基线校准方法和系统可以应用于各种基线校准的场景中。在一些实施例中，该基线校准方法和系统可以用于各种元器件和各种设备的基线校准，例如，用于对多通道芯片、模拟电路、模拟声卡、探测器传感器、高能物理设备、医学成像设备等的基线校准。

通过该基线校准方法和系统，可以实现：在不使用附加器件、不进行额外采样的情况下进行基线校准、分通道基线校准、自定义基线精度等一种或多种功能。该基线校准方法和系统可以实现校准更精确、减少成本、降低复杂度等一种或多种有益效果。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书一些实施例所示的基线校准系统的框图；

图2是根据本说明书一些实施例所示的基线校准方法的示例性流程图；

图3是根据本说明书一些实施例所示的基线校准方法的示意图；

图4是根据本说明书一些实施例所示的目标频率曲线的示例图；

图5是根据本说明书一些实施例所示的基线校准系统的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本说明书一些实施例所示的基线校准系统的框图。

在一些实施例中，基线校准系统可以包括阈值确定模块110、曲线确定模块120和基线确定模块130。

阈值确定模块110可以用于确定预设范围的多个参考阈值。

曲线确定模块120可以用于确定至少一个阈值与模拟信号的触发频率的目标频率曲线。在一些实施例中，目标频率曲线是多个参考阈值与模拟信号的触发频率的关系曲线。在一些实施例中，曲线确定模块120可以用于基于模拟信号，确定每个参考阈值与模拟信号对应的触发频率；基于每个参考阈值对应的触发频率，确定目标频率曲线。在一些实施例中，触发频率包括每个参考阈值与模拟信号对应的上升沿或下降沿的触发频率。在一些实施例中，曲线确定模块120可以用于通过累加器获取每个参考阈值与所述模拟信号对应的触发次数的合计；通过时钟的时钟信号获取时间间隔；根据每个参考阈值对应的触发次数的合计和时间间隔确定每个参考阈值对应的触发频率。在一些实施例中，模拟信号可以为多通道芯片产生的模拟信号。

基线确定模块130可以用于基于目标频率曲线确定模拟信号的基线值。在一些实施例中，基线确定模块130可以用于以目标频率曲线的峰位值作为模拟信号的基线值。

需要注意的是，以上对于基线校准系统及其模块的描述，仅为描述方便，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。在一些实施例中，图1中披露的阈值确定模块110、曲线确定模块120和基线确定模块130可以是一个系统中的不同模块，也可以是一个模块实现上述的两个或两个以上模块的功能。例如，各个模块可以共用一个存储模块，各个模块也可以分别具有各自的存储模块。诸如此类的变形，均在本说明书的保护范围之内。

图2是根据本说明书一些实施例所示的基线校准方法的示例性流程图。如图2所示，流程200包括下述步骤。

步骤210，确定预设范围的多个参考阈值。在一些实施例中，该步骤210可以由阈值确定模块110执行。

预设范围是指预先设定的模拟信号的幅值范围。例如，0-100mV。预设范围可以根据经验或需求设定。

定时阈值是指用于确定模拟信号发生的相对时刻的幅值。具体的，例如，定时阈值设为150mV，当模拟信号到达150mV时，产生一个对应该时刻的定时方波。该定时方波可用于后续时间分析计算，例如，将该定时方波结合时钟信号通过数字电路生成时间戳、采集时间戳信息，用于后续时间分析计算。时钟信号可以指有外部或内置晶振产生用于触发、同步、绝对或对时间计算等功能的周期信号。

参考阈值是指预设范围内的模拟信号的阈值。例如，0mV、5mV等。

在一些实施例中，阈值确定模块110可以通过一种或多种方法在预设范围内确定至少一个参考阈值。例如，可以在预设范围内随机设定至少一个参考阈值。又例如，可以将预设范围的至少一个百分位对应的阈值作为参考阈值。示例的，可以将位于预设范围的第0个、第20个、第40个、第45个、第46个、第47个、第48个、第49个、第50个、第51个、第52个、第53个、第54个、第55个、第60个、第80个、第99个百分位的阈值作为至少一个参考阈值。

在一些实施例中，阈值确定模块110可以递增设定至少一个参考阈值。例如，可以将预设范围[L,R]的下限L、L+0.5mV、L+1mV、L+1.5mV、……、上限R作为至少一个参考阈值。又例如，可以将L、L+(R-L)/n、L+2(R-L)/n、L+3(R-L)/n、……、L+(n-1)(R-L)/n、R作为至少一个参考阈值，其中，n为正数，可以理解n越大，对预设范围[L,R]的划分越精细，取得的结果精度越高。n可以根据需求确定，例如，对基线校准的精度要求较高时，可以将n设为10^3等值。

步骤220，基于多个参考阈值与模拟信号，确定目标频率曲线。在一些实施例中，该步骤220可以由曲线确定模块120执行。

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化。模拟信号可以由多种源头产生，例如，单通道和/或多通道芯片、模拟电路、医学成像设备、高能物理设备、探测器、传感器、模拟声卡等。

在一些实施例中，模拟信号可以为多通道芯片产生的模拟信号，其中每个通道产生的模拟信号的频率和/或幅值可以相同或不同。

目标频率曲线是指反映模拟信号与参考阈值的关系的曲线。在一些实施例中，目标频率曲线可以是多个参考阈值与模拟信号的触发频率的关系曲线。

触发频率是指单位时间内的触发次数。例如，10万次/秒，1000赫兹等。在一些实施例中，触发频率可以指模拟信号在单位时间内触发参考阈值的次数的计数，例如，模拟信号触发参考阈值1的频率为1000兆赫、模拟信号触发参考阈值n的频率为1100兆赫。模拟信号是否触发参考阈值可以按照一个或多个触发规则进行判断。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以基于模拟信号，确定预设触发规则下，每个参考阈值对应的触发频率。

预设触发规则可以指模拟信号达到某些预设条件触发相应操作的规则。预设触发规则可以包括：模拟边沿触发、模拟窗口触发等。相应操作可以包括：计数、中断、读取数据、输出数据、发出指令等。以模拟窗口触发为例，预设触发规则可以是，当模拟信号的幅值进入[95％参考阈值，105％参考阈值]的幅值窗口时，触发计数操作。

在一些实施例中，预设触发规则(例如模拟边沿触发)可以包括上升沿触发或下降沿触发。在一些实施例中，曲线确定模块120可以确定每个参考阈值与模拟信号对应的上升沿或下降沿的触发频率。

上升沿触发是指模拟信号的幅值升至某个参考阈值时触发相应操作。具体的，如图3所示，图3中的横坐标为模拟信号发生的时刻、纵坐标为对应时刻的模拟信号的幅值。图3中向上箭头所在处，模拟信号的幅值从参考阈值1下方升至参考阈值1时，满足上升沿触发的条件，并触发计数等操作。

下降沿触发是指模拟信号的幅值降至某个参考阈值时触发相应操作。再次如图3所示，图3中向下箭头所在处，模拟信号的幅值从参考阈值n上方降至参考阈值n时，满足下降沿触发的条件，并触发计数等操作。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以通过时钟与累加器的协同输出得到每个参考阈值对应的触发频率。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以通过累加器获取预设触发规则下，每个参考阈值对应的触发次数的合计。累加器可以对触发的次数进行加法计算，即每触发一次，则累加器的计数加1，通过累加得到计数。例如，如图3所示，模拟信号每上升至参考阈值1(上升沿触发)一次，参考阈值1对应的累加器计数加1，经过图3所示的10ns,参考阈值1对应的累加器计数为10(图3中向上箭头的数量)。又例如，图3中，模拟信号每下降至参考阈值n(下降沿触发)一次，参考阈值n对应的累加器计数加1，经过图3所示的10nS,参考阈值n对应的累加器计数为11(图3中向下箭头的数量)。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以通过时钟的时钟信号获取时间间隔。例如，时钟每隔0.5ns发出一次时钟信号，时钟发出20次时钟信号的时间间隔为10nS。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以根据每个参考阈值对应的触发次数的合计和时间间隔确定每个参考阈值对应的触发频率。触发频率的计算方式可以为：触发频率＝触发次数的合计/时间间隔。例如，累加器获得的触发次数的合计为11次，通过时钟的时钟信号获取对应的时间间隔为10ns,则触发频率＝11/10ns＝1100兆赫。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以通过其他方式确定每个参考阈值对应的触发频率。例如，通过统计单位时间(例如，1秒)内，该参考阈值被触发的次数来确定触发频率。

其次，曲线确定模块120可以基于每个参考阈值对应的触发频率，确定模拟信号与触发频率的目标频率曲线。

在一些实施例中，曲线确定模块120可以通过其他方式确定至少一个参考阈值与模拟信号的触发频率的目标频率曲线。例如，通过查表方式。

步骤230，基于目标频率曲线确定模拟信号的基线值。在一些实施例中，该步骤230可以由基线确定模块130执行。

基线可以指模拟信号的起始标准。理想状况下，模拟信号的基线值为零或预设幅值，其中，预设幅值可以从出厂参数获得。然而，由于电子学噪声、环境干扰等因素，基线往往偏离零值。模拟信号往往在基线上下抖动，一般呈现为高斯分布，即幅值越接近基线值，对应该幅值的模拟信号的发生的频率越高。换言之，触发频率越高的模拟信号对应的幅值越接近基线值。

在一些实施例中，基线确定模块130可以基于步骤220得到的至少一个参考阈值与模拟信号的触发频率的关系曲线确定模拟信号的基线值。

在一些实施例中，基线确定模块130可以将至少一个参考阈值与模拟信号的触发频率的关系曲线的峰位值作为模拟信号的基线值。峰位值可以指关系曲线中，峰值出现时的横坐标值。例如，如图4所示，可以将图4中关系曲线的峰位值(约46.5mV)作为模拟信号的基线值。

在一些实施例中，基线确定模块130可以通过其他方法确定模拟信号的基线值。例如，对至少一个参考阈值和对应的触发频率做高斯拟合，将高斯拟合得到的峰位值作为模拟信号的基线值。

在一些实施例中，例如，模拟信号(例如定时信号)由多通道芯片产生，基线校准系统可以进一步基于基线值(例如基于定时信号确定的基线值)，确定多通道芯片中的至少一个通道的信号(例如，多通道芯片中在实际检测或应用中产生的信号)的定时阈值。示例的，基线校准系统通过可以对每一个通道的模拟信号，执行步骤210-230，确定每一个通道的基线值。具体的，对于通道1、通道2、通道3...通道m，确定对应的基线值分别为BV0、BV1、BV2...BVm。进一步的，通道1、通道2、通道3...通道m的目标定时阈值可以依次设定为BV0+dth、BV1+dth、BV2+dth...BVn+dth。其中，dth为实际做信号处理或分析应用的定时阈值相对值。dth可以基于信号属性、应用场景类别、和/或经验等设定。

应当注意的是，上述有关流程200的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程200进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。

图5是根据本说明书一些实施例所示的基线校准系统的示意图。

如图5所示，在一些实施例中，基线校准系统可以包括：比较器、计数寄存器、时钟、FPGA、和/或上位机等。

比较器可以对输入的模拟信号和至少一个参考阈值进行处理。例如，模拟信号每触发一次参考阈值，则该参考阈值对应的计数加1。

计数寄存器可以存储各个参考阈值的触发次数。

时钟可以发出时钟信号，确定模拟信号输入的时间等。

FPGA可以发送指令以获取计数寄存器中的数据，或者，FPGA可以设定计数寄存器中的数据每隔多少时钟周期输出一次。FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)可以是一种半定制电路。通过编程，用户可以随时改变FPGA的体系结构和/或应用场景。

上位机可以向FPGA发送指令，获取FPGA的处理结果并基于触发次数、时钟信号等确定模拟信号的基线值。上位机可以指可以直接发出操控命令的计算机，上位机可以是PC、工控机，工作站，触摸屏等。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (8)

1.一种基线校准方法，其特征在于，所述方法包括：

确定预设范围的多个参考阈值；

基于模拟信号，确定每个所述参考阈值与所述模拟信号对应的触发频率；

基于每个所述参考阈值对应的触发频率，确定目标频率曲线；

以所述目标频率曲线的峰位值作为所述模拟信号的基线值，所述峰位值为所述目标频率曲线中，峰值出现时的横坐标值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发频率包括每个所述参考阈值与所述模拟信号对应的上升沿或下降沿的触发频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述模拟信号，确定每个所述参考阈值与所述模拟信号对应的触发频率，包括：

通过累加器获取每个所述参考阈值与所述模拟信号对应的触发次数的合计；

通过时钟的时钟信号获取时间间隔；

根据每个所述参考阈值对应的触发次数的合计和所述时间间隔确定每个所述参考阈值对应的触发频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟信号为多通道芯片产生的模拟信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述基线值，确定所述多通道芯片中的至少一个通道的信号的定时阈值。

6.一种基线校准系统，其特征在于，所述系统包括：

阈值确定模块，用于确定预设范围的多个参考阈值；曲线确定模块，用于基于模拟信号，确定每个所述参考阈值与所述模拟信号对应的触发频率；

基于每个所述参考阈值对应的触发频率，确定目标频率曲线；基线确定模块，用于以所述目标频率曲线的峰位值作为所述模拟信号的基线值，所述峰位值为所述目标频率曲线中，峰值出现时的横坐标值。

7.一种基线校准装置，其特征在于，所述装置包括至少一个处理器以及至少一个存储器；

所述至少一个存储器用于存储计算机指令；

所述至少一个处理器用于执行所述计算机指令中的至少部分指令以实现如权利要求1-5中任意一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令中的至少部分指令被处理器执行时，实现如权利要求1-5中任意一项所述的方法。