ES2291057A1 - Measurement system with high time resolution and auto calibration is associated to temporary tag to asynchronous event by delay line, which provides programmable logic device, where exact moment of photon to hit detection system is measured - Google Patents

Measurement system with high time resolution and auto calibration is associated to temporary tag to asynchronous event by delay line, which provides programmable logic device, where exact moment of photon to hit detection system is measured Download PDF

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Abstract

The measurement system is associated to a temporary tag to an asynchronous event by delay line, which provides a programmable logic device of low cost. The exact moment, where a photon hits the detection system and detects equally coincident photons is measure by a positron emission tomography.

Description

Sistema de medida de tiempo con alta resolución y autocalibrado basado en dispositivo lógico programable.High resolution time measurement system and self-calibration based on programmable logic device.

Sector de la técnicaTechnical sector

El sector de la técnica en el que se encuadra la presente invención es el de la tomografía por emisión de positrones, y otros sistemas similares de imagen médica, y en particular la circuitería empleada en la determinación del instante exacto en el que un fotón impacta con el sistema de detección.The technical sector in which the present invention is that of emission tomography of positrons, and other similar medical imaging systems, and in particular circuitry used in instant determination precisely in which a photon impacts the detection system.

Estado de la técnicaState of the art

La tomografía por emisión de positrones (TEP) se fundamenta en la detección e identificación de parejas de rayos gamma o fotones de alta energía. Esta pareja de fotones, cuya energía es de 511KeV, es el resultado de la aniquilación de un positrón por colisión con un electrón y se propagan en direcciones prácticamente opuestas (180º), alcanzando los dispositivos detectores prácticamente en coincidencia temporal.Positron emission tomography (PET) is based on the detection and identification of lightning pairs Gamma or high energy photons. This pair of photons, whose energy is 511KeV, it is the result of the annihilation of a positron by collision with an electron and propagate in directions practically opposite (180º), reaching the devices detectors practically in temporary coincidence.

A tal efecto resulta imprescindible un dispositivo y mecanismo que permita obtener una etiqueta temporal para cada fotón, de tal modo que la coincidencia temporal entre pareja de fotones se resuelve comparando sus etiquetas temporales. Dos fotones se consideran en coincidencia temporal si la diferencia entre sus etiquetas temporales es inferior a un determinado valor denominado ventana de coincidencias.For this purpose it is essential to device and mechanism that allows obtaining a temporary label for each photon, so that the temporal coincidence between photon couple resolves by comparing their temporary tags. Two photons are considered in temporary coincidence if the difference between its temporary tags is less than a certain value called match window.

Cada par de detectores físicamente enfrentados constituye una línea de respuesta, y la actividad vista en cada línea de respuesta, representada como el número de desintegraciones por unidad de tiempo, equivale a la integral de la radioactividad dentro del volumen definido por la mencionada línea de respuesta. A partir de la integral o proyección de la actividad es posible la reconstrucción tomográfica de la actividad en cada punto del volumen por medio de métodos algorítmicos ampliamente descritos en la literatura científica. En tomografía por emisión de positrones la calidad de la imagen reconstruida a partir de las proyecciones antes indicadas depende en gran medida de la resolución y precisión de la etiqueta temporal asociada a cada fotón individual detectado.Each pair of physically faced detectors constitutes a response line, and the activity seen in each response line, represented as the number of decays per unit of time, equivalent to the integral of the radioactivity within the volume defined by the mentioned response line. TO from the integral or projection of the activity it is possible to tomographic reconstruction of the activity at each point of the volume by means of algorithmic methods widely described in The scientific literature. In positron emission tomography the quality of the reconstructed image from the projections indicated above depends largely on the resolution and accuracy of the temporary tag associated with each individual photon detected.

En el estado actual de la técnica en tomografía por emisión de positrones, se requiere que la marca temporal asociada a cada fotón tenga una resolución inferior a 5 nano(n) segundos(s) si el sistema de reconstrucción tomográfica no considera correcciones por tiempo de vuelo (TOF), e inferior a 200 pico(p) segundos(s) si se pretende la mencionada corrección.In the current state of the art in tomography by positron emission, the time stamp is required associated with each photon have a resolution of less than 5 nano (n) seconds (s) if the reconstruction system Tomographic does not consider corrections for flight time (TOF), and less than 200 peak (p) seconds (s) if the mentioned correction.

En general, existen cuatro técnicas alternativas para la extracción de la etiqueta temporal de alta resolución: el conversor tiempo-discreto (TDC), la línea de retardos Vernier (VDL), el lazo enganchado en retardo (DLL) y la digitalización por anillo oscilatorio. La presente invención propone una variante de la línea de retardo Venier cuya estructura se adapta a las características físicas y arquitecturales de los dispositivos lógicos programables de granularidad
fina.
In general, there are four alternative techniques for extracting the high-resolution time tag: the time-discrete converter (TDC), the Vernier delay line (VDL), the delay-locked loop (DLL) and oscillatory ring scanning . The present invention proposes a variant of the Venier delay line whose structure adapts to the physical and architectural characteristics of the granularity programmable logic devices
fine.

Una limitación común de los dispositivos de generación de marcas existentes, que emplean una de las cuatro técnicas citadas, es la necesidad de una electrónica mixta dedicada exclusivamente a la generación de marcas temporales. Esta electrónica se puede manifestar bien en la forma de un circuito integrado de propósito específico (ASIC) proporcionado por un tercer fabricante, bien como un conjunto de elementos discretos soldados en el circuito impreso, o bien como un bloque de lógica mixta insertado dentro de un sistema ASIC on-chip más complejo. A excepción de la última solución, la generación de la marca de tiempos implica un mayor consumo de área dentro del circuito impreso y, en cualquier caso, un mayor coste del sistema final.A common limitation of the devices of generation of existing brands, which employ one of the four cited techniques, is the need for a dedicated mixed electronics exclusively to the generation of temporary brands. This electronics can manifest itself well in the form of a circuit integrated specific purpose (ASIC) provided by a third party manufacturer, either as a set of discrete elements welded in the printed circuit, or as a mixed logic block inserted into an on-chip ASIC system more complex. Except for the last solution, the generation of the timestamp implies greater consumption of area within the printed circuit and, in any case, a higher system cost final.

En (Mota, Christiansen et al. 2000) se describe un ASIC empleado en experimentos de física de partículas , que combina una línea de retardo pasiva con un lazo enganchado en retardo (DLL) para proporcionar una marca de tiempo de alta resolución y calibrado automático.In (Mota, Christiansen et al. 2000) it is described an ASIC used in particle physics experiments, which combines a passive delay line with a loop hooked on delay (DLL) to provide a high timestamp Resolution and automatic calibration.

En (Rieven 2003) y (Gu and Khieu 2003) se detalla el funcionamiento y problemática de los circuitos DLL y VDL, y se muestra la estructura típica de una línea de retardo Vernier. De acuerdo con el procedimiento mostrado, una señal atraviesa la línea de retardo que dispone de N etapas, y en cada una de ellas sufre una cierto retraso \tau_{n}. De este modo se obtienen tantas versiones retardadas de la señal de entrada como se desee. En general, el sistema puede incluir un codificador programable, que seleccione cada una de las etapas, de modo que cada retardo puede calibrarse por separado.In (Rieven 2003) and (Gu and Khieu 2003) it details the operation and problems of DLL circuits and VDL, and the typical structure of a delay line is shown Vernier. According to the procedure shown, a signal crosses the delay line that has N stages, and in each one of them suffers a certain delay \ tau_ {n}. In this way get as many delayed versions of the input signal as wish. In general, the system may include an encoder programmable, to select each of the stages, so that Each delay can be calibrated separately.

En (Kalisz, Szplet et al. 1997) se propone la realización de una línea de retardo Vernier sobre un dispositivo lógico programable (FPGA), lo cual exige una cuidadosa programación del dispositivo. Se justifica el uso de este tipo de dispositivos como una forma de reducir substancialmente los costes de desarrollo y se selecciona como tecnología óptima de implementación una FPGA basada en estructuras de antifusibles amorfos, una arquitectura de escaso éxito comercial. Sin embargo, la conclusión de este trabajo es que, debido a la problemática de la corrección fina del tiempo que deriva en múltiples iteraciones de diseño y, puesto que esta tecnología permite una única programación, el proceso de diseño resultante no es tan económico como inicialmente pretende el autor.In (Kalisz, Szplet et al . 1997) the realization of a Vernier delay line on a programmable logic device (FPGA) is proposed, which requires careful programming of the device. The use of such devices is justified as a way to substantially reduce development costs and an FPGA based on amorphous antifuse structures, an architecture with little commercial success, is selected as the optimal implementation technology. However, the conclusion of this work is that, due to the problem of fine time correction that results in multiple design iterations and, since this technology allows a single programming, the resulting design process is not as economical as initially The author claims.

En (Fries 2003) se propone una variación a la línea de retardo Vernier, en el que en lugar de retardar la señal del evento, se retarda la señal de reloj. Para ello se hace uso de un módulo, disponible dentro de algunos dispositivos lógicos programables más recientes, que permite introducir un desfase controlado en la señal de reloj. De este modo se derivan cuatro señales de reloj desfasadas 90º entre sí, lo cual da lugar a una resolución temporal que es un cuarto del periodo del reloj maestro empleado. Esta solución se caracteriza por su sencillez de implementación, pero impone una importante restricción en la frecuencia de trabajo del dispositivo para lograr la resolución deseada, lo cual deriva en dispositivos programables más caros.In (Fries 2003) a variation is proposed to the Vernier delay line, in which instead of delaying the signal of the event, the clock signal is delayed. This is done using a module, available within some logical devices Most recent programmable, which allows you to enter a offset Controlled in the clock signal. In this way four are derived clock signals offset 90º to each other, which results in a temporal resolution that is a quarter of the master clock period employee. This solution is characterized by its simplicity of implementation, but imposes an important restriction on the working frequency of the device to achieve resolution desired, which results in more expensive programmable devices.

En el resumen de la comunicación (Wu, Shi et al. 2003) se propone el empleo de la línea de acarreo existente en las FPGA modernas para la realización de una línea de retardo Vernier. Esta línea de acarreo está originalmente pensada para la propagación de la señal de acarreo en operaciones aritméticas dentro de la FPGA, y se caracteriza por su regularidad y bajo retardo, proporcionado una ruta predefinida y homogénea dentro de la FPGA, que se puede asimilar a una línea pasiva RC (resistencia-condensador). Por sus características, esta solución proporciona una resolución de esta línea de retardo muy inferior al nanosegundo a costa de un importante consumo de área dentro de la FPGA, al tiempo que las líneas de acarreo largas necesarias para implementar este método incluyen múltiples no-linealidades consecuencia de las capacidades parásitas que cargan la línea y las transiciones entre columnas del dispositivo, que afectan a las prestaciones del circuito.The communication summary (Wu, Shi et al . 2003) proposes the use of the existing haul line in modern FPGAs for the realization of a Vernier delay line. This carry line is originally intended for the propagation of the carry signal in arithmetic operations within the FPGA, and is characterized by its regularity and low delay, providing a predefined and homogeneous route within the FPGA, which can be assimilated to a passive line RC (resistance-capacitor). Due to its characteristics, this solution provides a resolution of this delay line much lower than the nanosecond at the cost of an important area consumption within the FPGA, while the long haul lines needed to implement this method include multiple non-linearities. of the parasitic capacities that load the line and the transitions between columns of the device, which affect the performance of the circuit.

Las propiedades de la línea de retardo dependen en gran medida de la tensión de alimentación, la temperatura y el proceso tecnológico subyacente. Por este motivo la variabilidad de estos factores influye sobre la medida, y exige de un proceso de calibrado que haga independiente la citada medida de los mencionados factores externos. En una línea de retardo implementada en un ASIC la variabilidad se soluciona mediante un control en bucle cerrado que ajusta el retardo de cada etapa hasta lograr un retardo predefinido, tal y como se muestra en (Roger and Grigorievich 2002) y en (Rieven 2003). Estas soluciones analógicas no son posibles en una FPGA y deben considerarse un método alternativo de calibrado mediante métodos exclusivamente digitales. A un experto en la materia no se le escapa que dicha calibración debe realizarse continuamente con el fin de corregir las variaciones temporales de dichos factores.The properties of the delay line depend largely of the supply voltage, temperature and underlying technological process. For this reason the variability of these factors influence the measure, and require a process of calibrated to make the aforementioned measure independent of External factors mentioned. In a delay line implemented in an ASIC the variability is solved by means of a control in closed loop that adjusts the delay of each stage until a predefined delay, as shown in (Roger and Grigorievich 2002) and in (Rieven 2003). These analog solutions they are not possible in an FPGA and should be considered a method Alternative calibration using exclusively digital methods. A person skilled in the art does not miss that said calibration must be performed continuously in order to correct the temporal variations of these factors.

En consecuencia, los métodos y aparatos existentes en la actualidad para introducir retardos de alta precisión en una señal individual basados en dispositivos lógicos programables no proporcionan las prestaciones necesarias, en lo que a resolución y flexibilidad se refiere, para la generación de etiquetas temporales en tomografía por emisión de positrones.Consequently, methods and devices currently existing to introduce high delays precision in an individual signal based on logical devices programmable do not provide the necessary benefits, in what resolution and flexibility refers to the generation of Temporary labels on positron emission tomography.

Explicación de la invenciónExplanation of the invention.

La presente invención proporciona un método y aparato para introducir retardo en una señal, individual y no periódica, cuyas prestaciones se adaptan a la aplicación antes mencionada, y para lo cual se emplea un dispositivo lógico programable (FPGA) de granularidad fina.The present invention provides a method and apparatus for introducing delay in a signal, individual and not periodic, whose benefits are adapted to the application before mentioned, and for which a logical device is used Programmable (FPGA) fine granularity.

Los dispositivos lógicos programables constituyen una interesante alternativa a las soluciones basadas en circuitos integrados específicos (ASIC) o soluciones basadas en componentes discretos externos, no sólo por su reducido coste sino por la reducción en área que esto supone, así como la posibilidad de integración de la línea de retardo dentro de un diseño digital más complejo.Programmable logic devices they constitute an interesting alternative to solutions based on specific integrated circuits (ASIC) or solutions based on discrete external components, not only because of their reduced cost but for the reduction in area that this implies, as well as the possibility of integration of the delay line into a digital design more complex.

La resolución temporal de la invención propuesta es función del proceso tecnológico de la FPGA utilizada, así como de la temperatura y tensión de alimentación del dispositivo. En condiciones ambiente la resolución de la invención propuesta es del orden de 1 ns.The temporal resolution of the proposed invention it is a function of the technological process of the FPGA used, as well as of the temperature and supply voltage of the device. In ambient conditions the resolution of the proposed invention is of order of 1 ns.

La presente invención supone una solución de bajo coste que hace uso de las características físicas y arquitecturales de los dispositivos lógicos programables de última generación para lograr un balance entre resolución y área, que integra autocalibrado, y que puede ser descrita en un lenguaje de alto nivel totalmente sintetizable, lo cual favorece la migración hacia nuevos dispositivos FPGA.The present invention involves a solution of low cost that makes use of physical characteristics and architecture of the latest programmable logic devices generation to achieve a balance between resolution and area, which integrates self-calibration, and that can be described in a language of fully synthesizable high level, which favors migration towards new FPGA devices.

El objeto de la presente invención es un sistema de medida del tiempo instante con alta resolución y autocalibrado basado en dispositivo lógico programable (FPGA), que determina el instante en el tiene lugar un evento externo no periódico que comprende los siguientes subsistemas:The object of the present invention is a system Instant time measurement with high resolution and self-calibration based on programmable logic device (FPGA), which determines the instantly an external non-periodic event takes place that It comprises the following subsystems:

a.to.
un subsistema de detección de eventos externos asíncronos a la señal de reloj maestra,a external event detection subsystem asynchronous to the signal master clock,

b.b.
un subsistema de medida del tiempo con alta resolución que comprende una línea de retardos analógica y que proporciona una medida del tiempo entre dos eventos, el evento externo y la señal de reloj interna, y en la que la línea de retardo analógica es regenerativa y su funcionalidad configurable,a high resolution time measurement subsystem comprising an analog delay line that provides a measure of time between two events, the external event and the clock signal internal, and in which the analog delay line is regenerative and its configurable functionality,

c.C.
un subsistema de calibrado, que estima el retardo introducido por cada etapa del circuito de retardo por medio de un pulso de calibración de duración conocida y de una línea de retardo analógica equivalente a la empleada para la medida del tiempo,a calibration subsystem, which estimates the delay introduced by each delay circuit stage by means of a calibration pulse of known duration and an equivalent analog delay line to the one used for the measurement of time,

d.d.
un subsistema de generación de la etiqueta temporal asociada al evento asíncrono.a Subsystem for generating the temporary tag associated with the event asynchronous

       \global\parskip0.900000\baselineskip\ global \ parskip0.900000 \ baselineskip
    

En el citado sistema de medida del tiempo, el subsistema para la detección de eventos asíncronos monitoriza el estado de la línea asociada al evento, con una periodicidad determinada por la señal de reloj maestro, e identifica la ocurrencia de un evento en la línea asociada a la señal externa asíncrona como un cambio en el estado de la línea, detectando bien un flanco o bien un cambio en el nivel de la citada señal, y generando un pulso de duración un ciclo de reloj que indica a los demás subsistemas que en el ciclo de reloj anterior al citado pulso se produjo un evento para el cual se quiere generar una etiqueta temporal.In said time measurement system, the subsystem for the detection of asynchronous events monitors the status of the line associated with the event, with a periodicity determined by the master clock signal, and identifies the occurrence of an event on the line associated with the external asynchronous signal as a change in the state of the line, detecting either a flank or a change in the level of said signal, and generating a pulse of duration a clock cycle that indicates the other subsystems that in the cycle From the clock before the mentioned pulse an event occurred for which you want to generate a temporary label.

En el citado sistema de medida del tiempo, los subsistemas de medida del tiempo con alta resolución y de calibrado incluyen una línea de retardo analógica tipo Vernier la cual comprendeIn the aforementioned time measurement system, the high resolution and calibration time measurement subsystems include a Vernier analog delay line which comprises

a.to.
E etapas de retardo, donde E es función del período del reloj maestro y del retardo introducido por cada etapa y su valor es tal que garantiza que el retardo total introducido sea superior al período T del reloj maestro a la temperatura de trabajo donde el retardo por etapa sea mínimo, cada una de las cuales se realiza sobre una celda de configuración del dispositivo lógico programable e introduce un retardo incremental sobre la señal analógica de entrada, en el que este retardo introducido sobre la señal es de dos tipos: discreto y distribuido; el primero tiene su origen en la configuración de la celda de configuración; mientras que el segundo tienen su origen en la línea de interconexión física entre celdas de configuración consecutivas en la línea de retardo analógica, donde la ruta de interconexión física que sigue la señal en su propagación a lo largo de la línea retardo analógica se selecciona de modo que el retardo introducido por los elementos de interconexión entre celdas de configuración consecutivas esté equilibrado,AND delay stages, where E is a function of the master clock period and of the delay introduced by each stage and its value is such that guarantees that the total delay introduced exceeds the period T of the master clock at the working temperature where the delay per stage is minimal, each of which is performed on a programmable logical device configuration cell e introduces an incremental delay over the analog signal of input, in which this delay introduced on the signal is of Two types: discreet and distributed; the first has its origin in the configuration cell configuration; while the second they have their origin in the line of physical interconnection between cells of  consecutive configuration on the analog delay line, where the physical interconnection path that the signal follows in its Propagation along the analog delay line is selected so that the delay introduced by the elements of interconnection between consecutive configuration cells be balanced,

b.b.
E registros, uno por cada etapa de retardo, que muestrean el estado de la línea de retardo analógica a intervalos regulares disparados por el flanco del reloj maestro, y el que la captura esta habilitada por una señal de control activada por el subsistema al que pertenece la línea de retardo analógica,AND records, one for each delay stage, that sample the status of the analog delay line at regular intervals triggered by the flank of the master clock, and the one that capture is enabled by a control signal activated by the subsystem to which the analog delay line belongs,

c.C.
tres entradas: el reloj, la señal de habilitación y la señal sobre la que se introduce el retardo; y E salidas, una por cada registro de muestreo.three inputs: the clock, the enable signal and the signal on which the delay is entered; and E outputs, one for each record of sampling.

Para la realización de cada una de las etapas de retardo de la citada línea de retardo analógica se emplea una celda de configuración de la FPGA. Dentro de la citada celda de configuración se recurre a la tabla de configuración (LUT), habitualmente una memoria RAM estática, como elemento de retraso, lo cual confiere al elemento de retardo las propiedades de regeneración de la tensión, restaurando la tensión de la línea de retardo analógica a los valores correspondientes al "1" y "0" lógico, y configurabilidad del elemento de retardo.For the realization of each of the delay stages of said analog delay line, an FPGA configuration cell is used . Within the said configuration cell, the configuration table (LUT) is used, usually a static RAM, as a delay element, which gives the delay element the regeneration properties of the voltage, restoring the line voltage analog delay to the values corresponding to the logical "1" and "0", and configurability of the delay element.

Cada tabla de configuración de cada celda de configuración perteneciente a la línea de retardo analógica se configura de modo que realiza una de las siguientes funciones lógicas: buffer, en que el valor lógico a la salida es igual a la entrada, función lógica AND, función lógica OR o multiplexor de dos entradas. En realización preferida la citada tabla de configuración se configura como un buffer teniendo para ello tres entradas: una señal de reloj, una de habilitación o captura y una entrada para la señal que se propaga por la línea de retardo analógica; y dos salidas: una con la señal analógica que se propaga por la línea de retardo analógica sobre la que se ha introducido un retardo adicional por medio de la tabla programable, y una señal que proporciona el estado de la línea en el instante de captura, marcado por el flanco de la señal de reloj. Además en una realización preferida las celdas de configuración consecutivas en la línea de retardo analógica se sitúan físicamente en posiciones consecutivas del dispositivo lógico programable, bien por filas o por columnas; y por que el interconexionado relativo entre celdas consecutivas hace uso de los mismos canales de conmutación, de modo que el retardo entre celdas consecutivas es equivalente para toda pareja de celdas de configuración consecutivas.Each configuration table of each configuration cell belonging to the analog delay line is configured so that it performs one of the following logical functions: buffer, in which the logic value at the output is equal to the input, logic function AND, function OR logic or two-input multiplexer. In a preferred embodiment, said configuration table is configured as a buffer having three inputs: a clock signal, an enable or capture signal and an input for the signal that propagates through the analog delay line; and two outputs: one with the analog signal that propagates through the analog delay line on which an additional delay has been introduced by means of the programmable table, and a signal that provides the state of the line at the time of capture, marked by the flank of the clock signal. Furthermore, in a preferred embodiment, the consecutive configuration cells in the analog delay line are physically placed in consecutive positions of the programmable logic device, either by rows or by columns; and because the relative interconnection between consecutive cells makes use of the same switching channels, so that the delay between consecutive cells is equivalent for all pairs of consecutive configuration cells.

El subsistema para la medida del tiempo con alta resolución del citado sistema de medida del tiempo con alta resolución comprende los siguientes elementos:The high resolution time subsystem of the said high resolution time measurement system comprises the following elements:

a.to.
una línea de retardo analógica, cuya entrada conecta con una señal externa, asociada al evento asíncrono cuyo instante de ocurrencia se quiere registrar, y cuya señal de habilitación está conectada con la señal de detección de pulso generada por el subsistema para la detección de eventos asíncronos,a analog delay line, whose input connects to a signal external, associated with the asynchronous event whose instant of occurrence you want to register, and whose enable signal is connected with the pulse detection signal generated by the subsystem to asynchronous event detection,

b.b.
un bus que combina la lectura de los distintos registros de muestreo , de modo que los n bits más significativos tienen un cierto valor lógico cuando se detecta un evento y los registros restantes el valor lógico complementario, donde n indica el número de etapas que la señal de entrada asociada al evento atraviesa en su propagación a lo largo la línea entre el instante en que se produce el evento y el instante en que se muestrea el estado de la línea, determinado el flanco ascendente o descendente de la señal de reloj, y su valor es siempre menor o igual al número de etapas de retardo E,a bus that combines the reading of the different sampling records, so that the most significant n bits have a certain value logical when an event is detected and the remaining records on complementary logical value, where n indicates the number of stages that the input signal associated with the event goes through its propagation along the line between the moment the event occurs and the moment at which the state of the line is sampled, determined the rising or falling edge of the clock signal, and its value is always less than or equal to the number of delay stages E,

c.C.
un decodificador que transforma el valor del bus, resultante de agrupar los valores de los E registros de muestreo, en un nuevo código que facilite su interpretación por parte de los subsistemas restantes del sistema de medida del tiempo.a decoder that transforms the bus value, resulting from grouping the values of the E sampling records, in a new code that facilitate its interpretation by the remaining subsystems of the time measurement system.

Ha que destacar que una realización preferida el decodificador del citado subsistema para la medida del tiempo con alta resolución transforma la lectura de los E registros en un entero sin signo, representado en complemento a dos, que indica el número de elementos de atraviesan la línea de retardo analógica entre el instante en que la entrada a la línea de retardo analógica cambia de nivel y el instante en que se muestrea el estado de la línea.It should be noted that a preferred embodiment the decoder of said subsystem for the measurement of time with high resolution transforms the reading of the E registers into an unsigned integer, represented in complement to two, indicating the number of elements crossing the line of analog delay between the moment at which the input to the analog delay line changes level and the moment at which the state of the line is sampled.

       \global\parskip1.000000\baselineskip\ global \ parskip1.000000 \ baselineskip
    

Por otra parte el subsistema de calibrado del citado sistema para la medida del tiempo con alta resolución comprende los siguientes elementos:On the other hand, the calibration subsystem of the aforementioned system for high resolution time measurement comprises the following elements:

a.to.
un registro tipo flip-flop, cuya entrada es el pulso generado por el contador síncrono,a record type flip-flop, whose input is the pulse generated by the synchronous counter,

b.b.
una línea de retardo analógica, la cual se sitúa físicamente paralela a la línea de retardo analógica principal y empleando para ello la fila o columna más próxima posible, de acuerdo con las restricciones tecnológicas impuestas por la FPGA, y cuya señal de habilitación de la línea de retardo analógica es la salida del registro flip-flop,a analog delay line, which is physically parallel to the main analog delay line and using the closest possible row or column, according to the technological restrictions imposed by the FPGA, and whose signal of analog delay line enablement is the output of the flip-flop log,

c.C.
un contador síncrono con el reloj maestro que genera periódicamente un pulso de duración constante que se toma como señal de entrada a la línea de retardo analógica,a synchronous counter with the master clock that periodically generates a pulse of constant duration that is taken as an input signal to the analog delay line,

d.d.
un filtro autoregresivo que promedia las lecturas realizadas por la línea de retardo analógica de calibración, y cuyo valor se actualiza con cada pulso generado por el contador síncrono,a autoregressive filter that averages the readings made by the analog calibration delay line, and whose value is update with each pulse generated by the counter synchronous,

e.and.
un registro para el almacenamiento del último valor de calibrado, cuyo valor se actualiza con el resultado proporcionado por el filtro autoregresivo y el cual refleja el número de etapas de retardo que atraviesa un pulso de duración conocida durante un período del reloj maestro, y del que por tanto se obtiene el retardo introducido por cada una de las celdas de retardo.a record for storage of the last calibration value, whose value is updated with the result provided by the filter autoregressive and which reflects the number of delay stages that crosses a pulse of known duration for a period of master clock, and from which therefore the delay is obtained entered for each of the delay cells.

Los resultados del subsistema de medida del tiempo y de calibración son las entradas del subsistema de generación de la etiqueta temporal asociada al evento externo, el cual comprende:The results of the time measurement and calibration subsystem are the inputs of the temporary label generation subsystem associated with the external event, which comprises:

a.to.
un contador cíclico síncrono con el reloj maestro, cuyo valor se incrementa en uno con cada ciclo de reloj y retorna a cero cuando se produce el desbordamiento,a synchronous cyclic counter with the master clock, whose value is Increase by one with each clock cycle and return to zero when overflow occurs,

b.b.
un subsistema de cálculo que, ante la detección de un evento asíncrono en el exterior, combina la información proporcionada por el citado contador síncrono con el valor almacenado en el registro de almacenamiento del subsistema de calibrado y con la lectura proporciona por la línea de retardo analógica asociada a la señal externa.a calculation subsystem that, upon detection of an asynchronous event abroad, combine the information provided by the aforementioned synchronous counter with the value stored in the register of Calibration subsystem storage and with reading provided by the analog delay line associated with the signal external

La secuencia de operaciones necesaria para obtener la etiqueta temporal en el subsistema de generación de la etiqueta temporal a partir de los datos proporcionados por el subsistema de medida del tiempo y el subsistema de calibración se fundamenta en el método seguido en la elaboración de la línea de retardo analógica principal y de calibración, de modo que se considera que el evento tiene lugar el instante de tiempo resultante de multiplicar el valor del contador del subsistema de generación de la etiqueta temporal por el período de reloj y descontar de este valor el resultado de multiplicar la lectura de la línea de retardo analógica principal, a la salida del decodificador del subsistema de medida del tiempo, por el período de reloj normalizada por el valor almacenado en el registro de calibración. De este modo el subsistema de cálculo perteneciente al subsistema de generación de la etiqueta temporal
comprende
The sequence of operations required to obtain the temporary label in the temporary label generation subsystem from the data provided by the time measurement subsystem and the calibration subsystem is based on the method followed in the development of the line of main analog and calibration delay, so that the event is considered to take place the instant of time resulting from multiplying the value of the counter of the temporary label generation subsystem by the clock period and discounting from this value the result of multiplying the reading of the main analog delay line, at the decoder output of the time measurement subsystem, for the clock period normalized by the value stored in the calibration register. In this way the calculation subsystem belonging to the temporary label generation subsystem
understands

a.to.
un multiplicador, cuyas entradas son un valor constante que expresa la duración conocida del pulso de calibración y el valor proporcionado por el subsistema de medida del tiempo con alta resolución a la salida del decodificador,a multiplier, whose inputs are a constant value that expresses the known duration of the calibration pulse and the value provided by the time resolution subsystem with high resolution at decoder output,

b.b.
un divisor, que divide el resultado a la salida del primer multiplicador por el valor almacenado en el registro del subsistema de calibrado que almacena el último valor de calibrado,a divisor, which divides the result at the exit of the first multiplier by the value stored in the subsystem register of calibration that stores the last calibration value,

c.C.
un multiplicador, cuyas entradas son un valor constante que expresa la duración del ciclo de reloj y el valor proporcionado por el contador síncrono del subsistema de generación de la etiqueta temporal,a multiplier, whose inputs are a constant value that expresses the duration of the clock cycle and the value provided by the counter  synchronous tag generation subsystem temporary,

d.d.
un restador, que descuenta el resultado del divisor del valor a la salida del segundo multiplicador, que escala el contador síncrono mediante el periodo de reloj.a subtractor, which discounts the result of the value divisor to the output of the second multiplier, which scales the synchronous counter Through the clock period.

Una realización alternativa del sistema de medida del tiempo con alta resolución posible es aquella que combina los subsistemas de medida del tiempo con alta resolución y de calibrado, de modo que comparten en el tiempo el uso de una única línea de retardo física común a ambos subsistemas.An alternative embodiment of the time resolution system with high possible resolution is one that combines the time resolution subsystems with high resolution and calibration , so that they share in time the use of a single physical delay line common to both subsystems .

En esta realización alternativa del sistema de medida del tiempo, la primera etapa de retardo de la línea de retardos analógica tiene 5 entradas: una señal de reloj, una de habilitación y tres entradas que actúan sobre la tabla de configuración, la cual se configura como un multiplexor con dos entradas, la señal procedente del exterior y el pulso de calibración, más una tercera señal selecciona entre una u otra, mientras que las tablas de configuración de las restantes celdas de configuración pertenecientes a la línea de retardo analógica tienen una única entrada, de modo que la salida es igual a la entrada más un cierto retardo temporal; de este modo la línea de retardo analógica toma como entrada pulsos procedentes del exterior o del subsistema de calibrado, y ambos subsistemas comparten en el tiempo una única línea física de retardos.In this alternative embodiment of the time measurement system, the first delay stage of the analog delay line has 5 inputs: a clock signal, an enable signal and three inputs acting on the configuration table, which is configured as a multiplexer with two inputs, the signal from outside and the calibration pulse, plus a third signal selects between one or the other, while the configuration tables of the remaining configuration cells belonging to the analog delay line have a single input , so that the output is equal to the input plus a certain time delay; in this way the analog delay line takes pulses from outside or the calibration subsystem as input, and both subsystems share a single physical delay line over time.

Independientemente de la realización escogida para la elaboración del sistema de medida del tiempo con alta resolución, se emplea un circuito de bucle enganchado en fase o retardo para la reducción de la variabilidad (jitter) de la señal de reloj maestro del sistema procedente del exterior.Regardless of the chosen embodiment for the development of the time measurement system with high resolution, a loop circuit is engaged in phase or delay to reduce the variability (jitter) of the signal of the system master clock from outside.

El citado sistema de medido del tiempo expuesto en esta descripción puede ser empleado como un bloque constructivo de uno de los siguientes sistemas de imagen médica: escáner para tomografía por emisión de positrones (TEP), resonancia magnética nuclear (RMN), tomografía computerizada por rayos-X(CT), tomografía por emisión de fotones individuales (SPECT) y tomografía óptica.The aforementioned time measurement system set forth in this description can be used as a building block of one of the following medical imaging systems : positron emission tomography scanner (PET), nuclear magnetic resonance imaging (NMR), computed tomography -X (CT), individual photon emission tomography (SPECT) and optical tomography.

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Fig. 1: Línea de retardos de Vernier genéricaFig. 1: Vernier delay line generic

Fig. 2: Diagrama de tiempos para la línea de VernierFig. 2: Time diagram for the line of Vernier

Fig. 3: Ejemplo de configuración de la celda base del dispositivo lógico programableFig. 3: Example of cell configuration programmable logic device base

Fig. 4: Línea de retardos implementada sobre un dispositivo lógico programableFig. 4: Delay line implemented on a programmable logic device

Fig. 5: Colocado y retado de la línea de retardo Vernier en el dispositivo lógico programableFig. 5: Placing and challenging the delay line Vernier in the programmable logic device

Fig. 6: Ejemplo de circuito para generación de la señal de validación del dato presente en los registros de captura de la línea de retardos Vernier.Fig. 6: Example of circuit for generating the validation signal of the data present in the records of Vernier delay line capture.

Fig 7: Realización de la invención con dos líneas de retardoFig 7: Embodiment of the invention with two delay lines

Fig 8: Realización de la invención con una única línea de retardo.Fig 8: Embodiment of the invention with a single delay line

Exposición de un modo de realización de la invenciónDISCLOSURE OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

Un especialista de la materia podrá apreciar que la siguiente descripción de la presente invención tiene carácter ilustrativo y que la invención no se limita al ejemplo aquí expuesto.A subject specialist will appreciate that The following description of the present invention has character illustrative and that the invention is not limited to the example here exposed.

En la Fig. 1 se muestra un ejemplo de una línea Vernier típica con varios elementos de retardo. Este ejemplo de línea de Vernier (Fig. 1) muestra una cadena en la que tres elementos de retardo (111), (112), (113) retrasan una señal de entrada (12) procedente del exterior, y otros tres elementos de retardo (131), (132), (133) retrasan la señal de parada (14). Las distintas versiones retardadas (151), (152), (153) de la señal de entrada son la entrada de un elemento de almacenamiento (171), (172), (173), p. ej. un flip-flop (FF), y el flanco de las distintas señales de parada retardadas disparan la captura del valor presente en la línea de retardo. En la presente figura se asume que los retardos Ti introducido por los elementos de retardo (111-113), (131-133) son estimados o determinados por un circuito de calibración adicional no contemplado en esta figura.An example of a line is shown in Fig. 1 Typical vernier with several delay elements. This example of Vernier line (Fig. 1) shows a chain in which three delay elements (111), (112), (113) delay a signal from entrance (12) from outside, and three other elements of delay (131), (132), (133) delay the stop signal (14). The different delayed versions (151), (152), (153) of the signal input are the input of a storage item (171), (172), (173), p. ex. a flip-flop (FF), and the flank of the different delayed stop signals trigger the capture of the value present in the delay line. This figure shows assumes that the Ti delays introduced by the delay elements (111-113), (131-133) are estimates or determined by an additional calibration circuit no contemplated in this figure.

En la Fig. 2 se muestra un posible diagrama de tiempos para una línea Vernier típica (Fig. 1). Imagínese que en el instante t_{0} (21) se activa la señal de entrada (12), indicando la detección de un cierto evento externo, y que la señal de captura del estado de la línea de retardo se produce en el instante t_{0}+\Deltat (22). En el ejemplo mostrado se considera que no se introduce retardo alguno en la línea de captura, de modo que los distintos retardos (131), (132), (133) son despreciables, y que la señal de entrada es retardada en el tiempo de tal modo que los registros de almacenamiento son alimentados por copias retrasadas (151), (152), (153) de la señal original (12). En este ejemplo la relación entre el intervalo de tiempo \Deltat transcurrido entre el evento y la captura es tal que la señal de entrada tan solo se ha propagado hasta alcanzar el primer registro (171), pero no los restantes. En los registros de captura (161), (162), (162) se encuentra codificado (23) el estado de la línea en el instante de la captura, que tiene lugar con el flanco de subida de la señal de reloj, y en el que están a nivel alto aquellos registros que fueron alcanzados por el pulso de entrada en su propagación a lo largo de la línea de retardo. Es evidente que cuanto mayor sea el número de registros a nivel alto, mayor es el tiempo transcurrido entre el instante en que se produce el evento y el instante de captura. Un circuito decodificador (18) transforma este código de registros a nivel alto y registros a nivel bajo, en otro que resulte de mayor interés en etapas posteriores de procesado (19), siendo una solución posible la transformación en un entero si signo cuyo valor es igual al número de registros a nivel alto.In Fig. 2 a possible diagram of times for a typical Vernier line (Fig. 1). Imagine that in the instant t_ {0} (21) the input signal (12) is activated, indicating the detection of a certain external event, and that the capture signal of the state of the delay line occurs instantly t_ {0} + \ Deltat (22). In the example shown, it is considered that no any delay is introduced in the capture line, so that the different delays (131), (132), (133) are negligible, and that the input signal is delayed in time so that the storage logs are fed by delayed copies (151), (152), (153) of the original signal (12). In this example the relationship between the time interval \ Deltat elapsed between the event and the capture is such that the input signal is only it has propagated until it reaches the first record (171), but not remaining. In the capture records (161), (162), (162), find the state of the line coded (23) at the instant of the capture, which takes place with the rising edge of the signal from clock, and in which those records that were high are high reached by the input pulse in its propagation along the delay line. It is clear that the higher the number of records at a high level, the greater the time elapsed between the moment in which the event occurs and the moment of capture. A decoder circuit (18) transforms this register code to high level and low level records, in another one that is higher interest in later stages of processing (19), being a possible solution the transformation into an integer if sign whose value It is equal to the number of high level records.

A continuación se mostrará un ejemplo de realización del aparato de la línea Vernier típica (Fig 1) sobre un dispositivo lógico programable, y se describirá un método y aparato para la obtención de los retardos introducidos en el dispositivo.An example of embodiment of the typical Vernier line apparatus (Fig 1) on a programmable logic device, and a method and apparatus will be described to obtain the delays introduced in the device.

La realización de la línea de retardo se logra mediante una programación especial de los distintos componentes del dispositivo lógico programable. Para ello es necesario especificar la configuración de las celdas elementales y la interconexión entre celdas, a fin de que el circuito sea funcionalmente equivalente al descrito en la línea Vernier típica (Fig. 1).The completion of the delay line is achieved through special programming of the different components of the programmable logic device. For this it is necessary to specify the configuration of the elementary cells and the interconnection between cells, so that the circuit is functionally equivalent to described in the typical Vernier line (Fig. 1).

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En la Fig. 3 se muestra un ejemplo de configuración para la celda elemental de la FPGA. En este ejemplo la celda básica consta de dos tablas RAM de cuatro entradas cada una y dos registros FF. Como se muestra en esta figura, una de las parejas RAM (330)/FF (331) se programa de tal modo que la señal de entrada a la celda elemental (310) atraviesa la tabla de memoria (330) y da lugar a dos copias de la señal de entrada (353), (354). La celda presenta dos líneas de salida (320), (321). La primera de las mencionadas salidas (320) es una copia retrasada de la señal de entrada (310), en la que el retardo es introducido por el conexionado, la tabla de memoria y los multiplexores de configuración, y tiene por valor \tau*_{CLB}= \tau*_{0}(350)+ \tau*_{1} (351)+ \tau*_{2}(350)+ \tau*_{3}(350). La segunda de las copias producidas (354) alimenta la entrada del registro de captura (331). La señal de reloj maestro (313) se conecta a la entrada de reloj del FF actuando como señal de captura, y ésta se valida con una señal de habilitación, enable (312). Si la tabla de memoria se configura de tal modo que realice la función de un buffer regenerador, con D=A4, entonces la celda elemental (Fig. 3) (41) (42) es funcionalmente equivalente a un buffer (111) que introduce un retraso sobre un señal de entrada (310) (410) y cuyo resultado da lugar a dos salidas obtenida a capturar la señal salida del buffer mediante registro (321) (416) y otra que es una copia retardada (320) (415) de la señal de entrada.An example configuration for the elementary cell of the FPGA is shown in Fig. 3. In this example, the basic cell consists of two RAM tables of four entries each and two FF records. As shown in this figure, one of the RAM (330) / FF (331) pairs is programmed such that the input signal to the elementary cell (310) crosses the memory table (330) and gives rise to two copies of the input signal (353), (354). The cell has two output lines (320), (321). The first of the mentioned outputs (320) is a delayed copy of the input signal (310), in which the delay is introduced by the connection, the memory table and the configuration multiplexers, and has the value ta * CLB = ta * 0 (350) + ta * 1 (351) + ta * 2 (350) + ta * 3 (350). The second of the copies produced (354) feeds the entry of the capture register (331). The master clock signal (313) is connected to the clock input of the FF acting as a capture signal, and this is validated with an enable signal, enable (312). If the memory table is configured in such a way that it performs the function of a regenerating buffer, with D = A4, then the elementary cell (Fig. 3) (41) (42) is functionally equivalent to a buffer (111) that introduces a delay on an input signal (310) (410) and whose result results in two outputs obtained to capture the output signal of the buffer by registration (321) (416) and another that is a delayed copy (320) (415) of the input signal.

La configuración de la tabla de memoria como un buffer tiene una función doble, por un lado introduce un cierto retardo \tau*_{1}(351), el cual es independiente de la función lógica que implemente la citada tabla, y por el otro regenera la tensión de la línea de retardo impidiendo que en líneas de retardo largas con múltiples bloques configurables se produzca una caída de tensión, consecuencia de las capacidades y resistencias parásitas a lo largo de la misma; este hecho redunda en beneficio de la linealidad del sistema de medida. Cualquier retardo introducido sobre la señal es función del proceso tecnológico y de la temperatura local del circuito electrónico, de modo que resulta necesario un aparato y método de calibrado que proporcione el valor del citado retardo y permita seguir sus fluctuaciones temporales.The configuration of the memory table as a buffer has a double function, on the one hand it introduces a certain delay ta * 1 (351), which is independent of the logical function that implements the aforementioned table, and on the other regenerates the voltage of the delay line preventing lines Long delay with multiple configurable blocks occur a voltage drop, consequence of the capacities and resistances parasites along it; this fact benefits of the linearity of the measurement system. Any delay introduced on the signal is a function of the technological process and of the local temperature of the electronic circuit, so that it results necessary a device and calibration method that provides the value of the aforementioned delay and allow to follow its fluctuations Temporary

Hay que hacer notar que las herramientas comerciales para diseño con FPGA están concebidas para la realización de sistemas digitales. Por este motivo la realización de soluciones analógicas, como la línea de retardo propuesta en esta invención, requieren de una metodología de diseño no convencional que no corresponde con la hipótesis de trabajo con la que se desarrollan estas herramientas, motivo por el cual el flujo de diseño resultante entra en conflicto con los algoritmos de análisis, optimización y síntesis presentes en las herramientas comerciales, dificultando la realización de una configuración de estas características y haciendo necesario un conocimiento profundo y detallado de la propia herramienta de diseño.It should be noted that the tools Commercial for design with FPGA are designed for realization of digital systems. For this reason the realization of  analog solutions, such as the delay line proposed in this invention, require an unconventional design methodology which does not correspond to the working hypothesis with which develop these tools, which is why the flow of resulting design conflicts with the algorithms of analysis, optimization and synthesis present in the tools commercial, making it difficult to perform a configuration of these characteristics and making a deep knowledge necessary and detailed of the design tool itself.

En la Fig. 4 se muestra la funcionalidad de la celda de las etapas 1 y 2, configuradas tal y como se muestra en la Fig. 3. Por simplificación se define \tau*_{5}= \tau*_{0}(350)+ \tau*_{1}(351)+ \tau*_{2}(325), El especialista en la materia puede observar la equivalencia funcional entre la etapa de retardo Vernier clásica mostrada en la Fig. 1 y la de la celda elemental de la FPGA de la Fig. 4. La línea de retardo Vernier se construye como una concatenación de celdas elementales (41), (42) configuradas tal y como se describe en la Fig. 3. La señal de entrada de la etapa 2 (420) es la salida de la etapa 1 (415) mas un cierto retardo \tau*_{i+1,PROP} (402) que depende de la ruta de interconexión entre ambas celdas elementales. Al tener todas las celdas elementales idéntica configuración se puede asumir que, salvando la variabilidad por causa del proceso tecnológico de fabricación, todas las etapas introducen el mismo retardo \tau*= \tau*_{PROP}(402)+ \tau*_{5} + \tau*_{3}(353)- \tau*_{4}(354).Fig. 4 shows the functionality of the stage 1 and 2 cell, configured as shown in the Fig. 3. By simplification, \ * 5 = is defined ta * 0 (350) + ta * 1 (351) + ta * 2 (325), The specialist in the field may observe the functional equivalence between the delay stage Classic Vernier shown in Fig. 1 and that of the elementary cell of the FPGA of Fig. 4. The Vernier delay line is constructed as a concatenation of elementary cells (41), (42) configured such and as described in Fig. 3. The input signal of stage 2 (420) is the output of stage 1 (415) plus a certain delay ta * i + 1, PROP} (402) that depends on the interconnection path between both elementary cells. By having all the cells identical elementary configuration can be assumed that, saving the variability due to the manufacturing technological process, all stages introduce the same delay \ tau * = ta * PROP (402) + ta * 5 + ta * 3 (353) - * * 4 (354).

En la Fig. 5 se muestra un esquema del posicionamiento dentro de la FPGA de las tres primeras celdas elementales (40), (41), (42) de la línea de retardo Vernier. Las citadas celdas elementales se configuran como se describe en la Fig. 3 y tiene la funcionalidad descrita por la Fig. 4. Como se adelantó en la descripción de la invención, la presente invención explota las propiedades arquitecturales de la FPGA, en concreto el interconexionado entre celdas consecutivas explota la regularidad de las distintas matrices de conmutación (520), (521), (522) dentro del dispositivo, que permite que la ruta de conexión entre cada par de celdas consecutivas sea siempre la misma y, por lo tanto, el retardo introducido por el conexionado entre celdas es lo más homogéneo posible de modo que para todas las etapas \tau*_{j,PROP} \approx \tau*_{i,PROP}, excepto para la primera, que conecta la línea con el pad de entrada o con el circuito de calibración.An outline of the positioning within the FPGA of the first three cells elementals (40), (41), (42) of the Vernier delay line. The cited elementary cells are set up as described in the Fig. 3 and has the functionality described by Fig. 4. As advanced in the description of the invention, the present invention exploits the architectural properties of the FPGA, specifically the interconnected between consecutive cells the regularity explodes of the different switching matrices (520), (521), (522) within of the device, which allows the connection path between each pair consecutive cells always be the same and therefore the delay introduced by the connection between cells is the most homogeneous possible so that for all stages \ tau * _ {j, PROP} \ approx \ tau * _ {i, PROP}, except for the first, that connects the line with the input pad or with the calibration circuit

Desde el punto de vista funcional no afecta el hecho de que la ruta de conexión de la primera etapa (400) , que conecta el pad de entrada (50) con la primera celda (40), sea distinta a las demás y por lo tanto el retardo de \tau*_{0,PROP} sea ligeramente distinto a \tau*_{PROP}, ya que la diferencia entre ambos valores se considera un sesgo constante que afecta a todos por igual, siempre y cuando la ruta de conexionado entre el pad de entrada y la primera celda elemental sea la misma para todas las líneas de retardo presentes en la FPGA.From the functional point of view it does not affect the fact that the connection path of the first stage (400), which connect the input pad (50) with the first cell (40), be different from the others and therefore the delay of ta * 0, PROP} is slightly different from ta * PROP}, since the difference between both values a constant bias is considered that affects all equally, as long as the connection path between the input pad and the first elementary cell is the same for all the delay lines present in the FPGA.

Preferiblemente la primera celda de retardo se situará físicamente lo más cerca posible del pad de entrada (50). Hay que hacer notar que los algoritmos de posicionamiento y rutado presentes en las herramientas comerciales de diseño para FPGA rara vez garantizarán la regularidad en el posicionamiento de los bloques y rutado de las señales, por lo cual es necesario acudir a mecanismos de posicionamiento avanzados que suelen proporcionar las citadas herramientas.Preferably the first delay cell is it will physically place as close as possible to the input pad (50). It should be noted that the positioning and routing algorithms present in commercial design tools for rare FPGA once they will ensure regularity in the positioning of the blocks and signal routing, so it is necessary to go to advanced positioning mechanisms that usually provide cited tools.

La regularidad descrita tanto en posicionado como interconexionado reduce notablemente las no-linealidades del dispositivo de medida y permite la afirmación de que los retardos de todas las celdas son equivalentes, de valor \tau*= \tau*_{PROP}+\tau*_{0}+ \tau*_{1}+ \tau*_{2}+ \tau*_{3}- \tau*_{4}, y reproducibles por otra línea de retardo que tenga el mismo esquema de posicionado y conexionado. Este hecho permite la realización de un circuito de calibrado que mida el número de etapas que se atraviesan en un tiempo conocido, y de ahí se calcule el retardo de cada celda de la línea de retardo de calibración, que es equivalente al de la línea de retardo principal.The regularity described both in positioning as interconnected significantly reduces non-linearities of the measuring device and allows the claim that the delays of all cells are equivalent, of value \ tau * = \ tau * _PROP + \ tau * 0 + ta * 1 + ta * 2 + ta * 3 - ta * 4, and playable by another delay line that has the same scheme of positioning and connection. This fact allows the realization of a calibration circuit that measures the number of stages that are they cross in a known time, and from there the delay of each cell of the calibration delay line, which is equivalent to that of the main delay line.

En la Fig. 5 (40), (41), (42), se muestra una línea de retardo de 3 etapas en la que se ha resaltado la conexión por la que se propaga el pulso de entrada, como se puede apreciar, los bloques de conmutación (520), (521), (522) están configurados de modo que la ruta de conexión entre etapas (401), (402) es la misma para todas las celdas. La primera etapa (40) conecta (400) la línea al mundo exterior por medio del pad (50), o bien a un circuito de calibración que proporciona los pulsos necesarios para la obtención del retardo introducido en cada etapa. El número de etapas E en la línea de retardo necesarias para la medida del tiempo es función del período del reloj maestro y del retardo introducido por cada etapa. Durante la fase de diseño se seleccionará un número de etapas E que garantice que el retardo total introducido sea, a la temperatura de trabajo donde el retardo por etapa sea mínimo, superior al período T del reloj maestro. Este hecho crea una dependencia entre el número de etapas necesarias y la tecnología subyacente que no afecta al espíritu de la invención.In Fig. 5 (40), (41), (42), a 3-stage delay line in which the connection is highlighted through which the input pulse is propagated, as you can see, the switching blocks (520), (521), (522) are configured so that the connection path between stages (401), (402) is the Same for all cells. The first stage (40) connects (400) the line to the outside world through pad (50), or to a circuit calibration that provides the necessary pulses for the obtaining the delay introduced in each stage. The number of stages E in the delay line necessary for the measurement of time is a function of the period of the master clock and the delay introduced by each stage. During the design phase it select a number of stages E that ensures that the delay total entered either, at the working temperature where the delay per stage is minimum, greater than the period T of the master clock. This fact creates a dependency between the number of necessary stages and the underlying technology that does not affect the spirit of the invention.

En la Fig. 6 se muestra una posible realización del circuito de detección de eventos. El citado circuito determina si dentro del último ciclo de captura se produjo algún evento. El especialista en la materia puede determinar que dicho circuito generará un pulso (60) si se produce un cambio en el estado de la señal de entrada (12) en dos periodos de captura consecutiva. El citado pulso valida el valor a la salida del decodificador de la línea de Vernier (19). Preferiblemente el dispositivo de captura más reciente (601) se sitúa lo más cerca posible del pad de entrada, y preferiblemente se selecciona el registro existente en muchas FPGAs en el mismo pad (50).A possible embodiment is shown in Fig. 6 of the event detection circuit. The aforementioned circuit determines if an event occurred within the last capture cycle. He specialist in the field can determine that said circuit will generate a pulse (60) if there is a change in the state of the input signal (12) in two consecutive capture periods. He said pulse validates the value at the output of the decoder of the Vernier line (19). Preferably the capture device most recent (601) is as close as possible to the pad of entry, and preferably the existing record is selected in many FPGAs in the same pad (50).

El citado decodificador (18) proporciona un valor N relacionado con el instante dentro del ciclo de captura, preferiblemente un ciclo del reloj maestro de periodo T, en el que se produce el evento. El evento se produce \Deltat = \tau\cdotN ns (21) antes que el flanco de captura (22), donde \tau, que refleja el retardo introducido por cada etapa de retardo, es desconocido y variable con el tiempo y su valor se estima por medio del proceso de calibración. El valor de N será siempre menor igual al número total E de etapas de retardo en la línea de retardos, donde E es función del período del reloj maestro y del retardo introducido por cada etapa.The said decoder (18) provides a N value related to the instant within the capture cycle, preferably a cycle of the master clock of period T, in which The event occurs. The event occurs \ Deltat = \ tau \ cdotN ns (21) before the capture edge (22), where ta, which reflects the delay introduced by each stage of delay, is unknown and variable over time and its value is Estimate through the calibration process. The value of N will be always less than the total number E of delay stages in the delay line, where E is a function of the master clock period and of the delay introduced by each stage.

La calibración se realiza mediante la inyección periódica en la línea de retardo de una señal de duración conocida y generada internamente. La presente invención propone dos alternativas,Calibration is done by injection periodic in the delay line of a signal of known duration and generated internally. The present invention proposes two alternatives,

la primera, cuyo esquema se resume en la Fig. 7, emplea una línea de retardo (72) dedicada exclusivamente al proceso de calibrado de la línea principal (71), y que físicamente se sitúa los más cerca posible de la línea de retardo principal, con el objeto de que las condiciones térmicas y tecnológicas sean lo más similares posible. Ambas líneas de retardo obedecen al mismo esquema de posicionamiento e interconexionado, de tal modo que los retardos introducidos por los distintos en elementos en un caso y el otro son lo más parecidos posibles. En esta realización la señal externa (12) y la lógica de control de control (74) asociada es independiente de los pulsos de calibración y su lógica de control asociada (75).the first, whose scheme is summarized in Fig. 7, employs a delay line (72) dedicated exclusively to the process of calibration of the main line (71), and that physically stands as close as possible to the main delay line, with the so that the thermal and technological conditions are the most similar possible. Both delay lines obey the same positioning and interconnection scheme, so that the delays introduced by the various elements in a case and the other are as similar as possible. In this embodiment the signal external (12) and the associated control control logic (74) is independent of the calibration pulses and their control logic associated (75).

La lógica de calibración combina el resultado obtenido al inyectar varios pulso de calibración (76), y almacena el valor resultante en el registro de calibración (77), siendo el valor almacenado en este registro una estimación del número de etapas de la línea que atraviesa un pulso de duración conocida durante un periodo de reloj,. En cada detección de un nuevo evento (60), se obtiene la etiqueta temporal (79) combinando la lectura de la línea de estado principal (71) con el estado de calibración (77).The calibration logic combines the result obtained by injecting several calibration pulse (76), and stores the resulting value in the calibration record (77), the value stored in this register an estimate of the number of stages of the line that crosses a pulse of known duration during a clock period. At each detection of a new event (60), the temporary label (79) is obtained by combining the reading of the main status line (71) with the calibration status (77).

La segunda alternativa, cuyo esquema se resume en la Fig. 8, explota la independencia del retardo \tau*_{1} (351) introducido por la tabla RAM (330) de la función lógica que ésta implementa. En esta configuración alternativa la tabla RAM de la primera celda de la línea 40 se configura como un multiplexor (82), que puede tomar como entrada dos señales distintas, la señal retardada procedente del exterior (12) u otra generada internamente para calibración (75) en función del valor de una tercera señal de selección (84) generada por la lógica de control (81), mientras que las restantes celdas mantienen la configuración descrita con anterioridad. En esta segunda realización la primera tabla de la línea de Vernier desarrolla una función doble, por una parte como multiplexor y por la otra como elemento de retardo. Mediante este mecanismo de multiplexación se puede inyectar periódicamente la señal de calibración en la línea de retardos sin que exista diferencia alguna entre los retardos en modo normal y modo calibración. Como resultado de la multiplexación temporal de ambas funciones, no es posible la detección de aquellos eventos que tengan lugar durante un periodo de calibrado.The second alternative, whose scheme is summarized in Fig. 8, the independence of the delay ta * 1 explodes (351) introduced by the RAM table (330) of the logical function that It implements. In this alternative configuration the RAM table of the first cell of line 40 is configured as a multiplexer (82), which can take as input two different signals, the signal delayed from outside (12) or other internally generated for calibration (75) depending on the value of a third signal of selection (84) generated by the control logic (81), while the remaining cells maintain the configuration described with anteriority. In this second embodiment the first table of the Vernier line develops a double function, on the one hand as multiplexer and on the other as a delay element. Through this multiplexing mechanism can be periodically injected the calibration signal in the delay line without any existing any difference between delays in normal mode and mode calibration. As a result of the temporal multiplexing of both functions, it is not possible to detect those events that have  place during a calibration period.

La lógica de control (84) gestionará el valor presente en la línea de retardo (86), actualizando el estado del registro de calibración (77) cuando se trate de un pulso de calibrado, o bien combinando (89) la lectura de la línea de retardo con el registro de calibración en los pulsos que tienen su origen en un evento externo, para los cuales se obtiene la etiqueta temporal (79) asociada al evento.The control logic (84) will manage the value present in the delay line (86), updating the status of the calibration record (77) in the case of a pulse of calibrated, or by combining (89) the delay line reading with the calibration record in the pulses that have their origin in an external event, for which the label is obtained temporary (79) associated with the event.

El pulso de calibrado tiene una duración T igual a la duración del ciclo de captura. Como consecuencia del tiempo de propagación entre la generación y la entrada de la línea de retardo Vernier de calibración así como del tiempo de establecimiento, setup, de los registros de captura, la duración efectiva del pulso de calibración es T' = T - T*, donde T* se estima a partir de la hoja de especificaciones del fabricante del dispositivo. El circuito de calibración obtiene el número de etapas que atraviesa un pulso de duración conocida T''. El circuito de calibración puede incluir un circuito de promediado que estime n'' como el promedio de varias mediciones de calibración. Al valor n'' se denomina estado del registro de calibración (77), y su valor es variable con el tiempo, una posible realización de esta estimación (76) es por medio del promediado del resultado de la calibración en los últimos M pulso de calibración.The calibration pulse has a duration T equal to the duration of the capture cycle. As a consequence of the propagation time between the generation and the entry of the Vernier calibration delay line as well as the setting, setup time of the capture registers, the effective duration of the calibration pulse is T '= T - T * , where T * is estimated from the specification sheet of the device manufacturer. The calibration circuit obtains the number of stages that a pulse of known duration T passes through. '' The calibration circuit may include an averaging circuit that estimates n '' as the average of several calibration measurements. The value n '' is called the state of the calibration record (77), and its value is variable over time, a possible realization of this estimate (76) is by means of the average of the calibration result in the last M pulse of calibration.

1one

La realización del promediado tal y como se muestra en la expresión anterior es costosa en recursos hardware, por ello una realización alternativa es la realización de un filtrado autorregresivo de primer orden para el que se define un factor de memoria p, de tal modo que tras cada nuevo pulso de calibrado el factor de memoria pondera la lectura en la línea de calibrado y el estado actual del registro de calibración:The realization of the averaging as it is shown in the previous expression is expensive in hardware resources, therefore an alternative embodiment is the realization of a first-order autoregressive filtering for which a memory factor p, so that after each new pulse of calibrated the memory factor weights the reading in the line of Calibration and the current status of the calibration log:

22

El valor de p determina el peso que se otorga a las medidas anteriores frente a las nuevas; para simplificar el hardware resultante es beneficioso tomar p como una racional de la forma k/2^{q} con k y q arbitrarios.The value of p determines the weight given to previous measures versus new ones; to simplify the resulting hardware is beneficial to take p as a rational of the form k / 2q with arbitrary k and q.

Combinando expresionesCombining expressions

33

El circuito generador de la etiqueta temporal (78) incluye la lógica necesaria para estimar \Deltat a partir de la medida proporcionada por el decodificador (19) y la obtenida a partir de las medidas de calibración. La medida \Deltat extiende la resolución de la etiqueta temporal más allá de la resolución proporcionada por el reloj maestro. Hay que resaltar que \Deltat es una estimación del tiempo que transcurre entre el evento y el siguiente flanco de captura, determinado por el flanco del reloj maestro. Habitualmente resulta de mayor interés el tiempo transcurrido entre el último flanco de reloj y el evento, y cuyo valor esThe temporary tag generator circuit (78) includes the logic necessary to estimate \ Deltat from the measure provided by the decoder (19) and the one obtained at from the calibration measurements. The \ Deltat measure extends the resolution of the temporary label beyond the resolution provided by the master clock. It should be noted that \ Deltat it is an estimate of the time that elapses between the event and the next capture flank, determined by the clock flank teacher. Time is usually of more interest elapsed between the last clock flank and the event, and whose values

44

El circuito generado de la etiqueta temporal incluye un contador externo a la línea de retardo síncrono con el reloj maestro, cuya resolución es la del reloj, que proporciona mayor rango dinámico a la medida y cuyo valor se almacena en el registro C.The generated circuit of the temporary tag includes an external counter to the synchronous delay line with the master clock, whose resolution is that of the clock, which provides greater custom dynamic range and whose value is stored in the C record.

Ante la detección de un evento determinado, la etiqueta temporal asociada se obtiene a partir del contador síncrono y de la lectura del decodificador combinada con la información de calibración (79). De tal modo que se estima que el evento E tiene lugar en el instanteUpon detection of a particular event, the associated temporary tag is obtained from the counter synchronous and decoder reading combined with the calibration information (79). So it is estimated that the event E takes place instantly

55

Expresión que se puede simplificar porExpression that can be simplified by

66

En el caso de la tomografía por emisión de positrones, dos eventos distintos se dicen coincidentes si la diferencia entre sus etiquetas es inferior a un cierto umbral denominado ventana de coincidenciaIn the case of emission tomography of positrons, two different events are said to coincide if the difference between your tags is less than a certain threshold called a match window

77

Al realizar el cómputo mediante aritmética digital, es habitual normalizar con respecto al periodo de reloj, en cuyo caso se simplificará T* frente a T. De este modo se dice que dos eventos son coincidentes si se cumple que:When performing the calculation by arithmetic digital, it is usual to normalize with respect to the clock period, in which case T * will be simplified against T. Thus it is said that two events are coincident if it is fulfilled that:

88

La mencionada etiqueta temporal se envía a un circuito externo y que no es objeto de la presente invención, y que determinará si un par de eventos cualesquiera están en coincidencia temporal o no.The aforementioned temporary tag is sent to a external circuit and which is not the subject of the present invention, and that will determine if any couple of events are in coincidence temporary or not.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
Documentos citadosDocuments cited

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Claims (17)

1. Sistema de medida del tiempo con alta resolución y autocalibrado basado en dispositivo lógico programable (FPGA) que comprende los siguientes subsistemas:1. Time measurement system with high resolution and self-calibration based on programmable logic device (FPGA) comprising the following subsystems:
a.to.
un subsistema de detección de eventos externos asíncronos a la señal de reloj maestra,a external event detection subsystem asynchronous to the signal master clock,
b.b.
un subsistema de medida del tiempo con alta resolución, que toma como entrada el valor proporcionado por el subsistema de detección de eventos externos asíncronos, que comprende una línea de retardos analógica y que proporciona una medida del tiempo entre dos eventos, el evento externo y la señal de reloj interna, y en la que la línea de retardo analógica es regenerativa y su funcionalidad configurable,a High resolution time measurement subsystem, which takes as input the value provided by the detection subsystem of external asynchronous events, which includes a delay line analog and that provides a measure of the time between two events, the external event and the internal clock signal, and in which The analog delay line is regenerative and its functionality configurable,
c.C.
un subsistema de calibrado, que toma como estímulo de entrada un pulso interno de calibración periódico y de duración conocida, para estimar el retardo introducido por cada etapa del circuito de retardo y que consta de una línea de retardo analógica equivalente a la empleada para la medida del tiempo,a calibration subsystem, which takes a pulse as input stimulus internal periodic calibration and of known duration, for estimate the delay introduced by each stage of the circuit delay and consisting of an equivalent analog delay line to the one used for the measurement of time,
d.d.
un subsistema de generación de la etiqueta temporal, alimentado por el subsistema de medida del tiempo y el subsistema de calibrado, que proporciona un valor digital relacionado con el instante de ocurrencia del evento asíncrono.a Temporary tag generation subsystem, powered by the time measurement subsystem and calibration subsystem, which provides a digital value related to the instant of occurrence of the asynchronous event.
2. Sistema de medida del tiempo según la reivindicación 1 caracterizado porque el subsistema para la detección de eventos asíncronos monitoriza el estado de la línea asociada al evento, con una periodicidad determinada por la señal de reloj maestro, e identifica la ocurrencia de un evento en la línea asociada a la señal externa asíncrona como un cambio en el estado de la línea detectando, bien un flanco o bien un cambio en el nivel de la citada señal, y generando un pulso de duración un ciclo de reloj que indica a los demás subsistemas que en el ciclo de reloj anterior al citado pulso se produjo un evento para el cual se quiere generar una etiqueta temporal.2. Time measurement system according to claim 1 characterized in that the subsystem for the detection of asynchronous events monitors the state of the line associated with the event, with a periodicity determined by the master clock signal, and identifies the occurrence of an event in the line associated with the asynchronous external signal as a change in the state of the line by detecting either a flank or a change in the level of said signal, and generating a pulse of duration a clock cycle that indicates the other subsystems that in the clock cycle before the mentioned pulse an event occurred for which you want to generate a temporary label. 3. Sistema de medida del tiempo según reivindicación 2, caracterizado porque los subsistemas de medida del tiempo con alta resolución y de calibrado incluyen una línea de retardo analógica la cual comprende:3. Time measurement system according to claim 2, characterized in that the high resolution and calibration time measurement subsystems include an analog delay line which comprises:
a.to.
E etapas de retardo, donde E es función del período del reloj maestro y del retardo introducido por cada etapa y su valor es tal que garantiza que el retardo total introducido sea superior al período T del reloj maestro a la temperatura de trabajo donde el retardo por etapa sea mínimo, cada una de las cuales se realiza sobre una celda de configuración del dispositivo lógico programable e introduce un retardo incremental sobre la señal analógica de entrada, en el que este retardo introducido sobre la señal es de dos tipos: discreto y distribuido; el primero tiene su origen en la configuración de la celda de configuración; mientras que el segundo tienen su origen en la línea de interconexión física entre celdas de configuración consecutivas en la línea de retardo analógica, donde la ruta de interconexión física que sigue la señal en su propagación a lo largo de la línea retardo analógica se selecciona de modo que el retardo introducido por los elementos de interconexión entre celdas de configuración consecutivas esté equilibrado,AND delay stages, where E is a function of the master clock period and of the delay introduced by each stage and its value is such that guarantees that the total delay introduced exceeds the period T of the master clock at the working temperature where the delay per stage is minimal, each of which is performed on a programmable logical device configuration cell e introduces an incremental delay over the analog signal of input, in which this delay introduced on the signal is of Two types: discreet and distributed; the first has its origin in the configuration cell configuration; while the second they have their origin in the line of physical interconnection between cells of  consecutive configuration on the analog delay line, where the physical interconnection path that the signal follows in its Propagation along the analog delay line is selected so that the delay introduced by the elements of interconnection between consecutive configuration cells be balanced,
b.b.
E registros, uno por cada etapa de retardo, que muestrean el estado de la línea de retardo analógica a intervalos regulares disparados por el flanco del reloj maestro, y el que la captura esta habilitada por una señal de control activada por el subsistema al que pertenece la línea de retardo analógica,AND records, one for each delay stage, that sample the status of the analog delay line at regular intervals triggered by the flank of the master clock, and the one that capture is enabled by a control signal activated by the subsystem to which the analog delay line belongs,
c.C.
tres entradas: el reloj, la señal de habilitación y la señal sobre la que se introduce el retardo; y E salidas, una por cada registro de muestreo.three inputs: the clock, the enable signal and the signal on which the delay is entered; and E outputs, one for each record of sampling.
4. Sistema de medida del tiempo según reivindicaciones 3 caracterizado porque cada una de las E celdas de configuración de la FPGA pertenecientes a la línea de retardo analógica emplea la tabla de configuración(LUT), habitualmente una memoria RAM estática, como elemento de retraso, lo cual confiere al elemento de retardo las propiedades de regeneración de la tensión, restaurando la tensión de la línea de retardo analógica a los valores correspondientes al "1" y "0" lógico, y configurabilidad del elemento de retardo.4. Time measurement system according to claims 3, characterized in that each of the E FPGA configuration cells belonging to the analog delay line uses the configuration table (LUT), usually a static RAM, as a delay element, which gives the delay element the voltage regeneration properties, restoring the analog delay line voltage to the values corresponding to the logical "1" and "0", and configurability of the delay element. 5. Sistema de medida del tiempo según reivindicaciones 4 caracterizado porque la tabla de configuración de cada celda de configuración perteneciente a la línea de retardo analógica se configura de modo que realiza una de las siguientes funciones lógicas: buffer, en que el valor lógico a la salida es igual a la entrada, función lógica AND, función lógica OR o multiplexor de dos entradas.5. Time measurement system according to claims 4 characterized in that the configuration table of each configuration cell belonging to the analog delay line is configured so that it performs one of the following logical functions: buffer, in which the logical value at output is equal to the input, AND logic function, OR logic function or two-input multiplexer. 6. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 5 caracterizado porque, en una realización preferida, la citada tabla de configuración se configura como un buffer teniendo para ello tres entradas: una señal de reloj, una de habilitación o captura y una entrada para la señal que se propaga por la línea de retardo analógica; y dos salidas: una con la señal analógica que se propaga por la línea de retardo analógica sobre la que se ha introducido un retardo adicional por medio de la tabla programable, y una señal que proporciona el estado de la línea en el instante de captura, marcado por el flanco de la señal de reloj.6. Time measurement system according to claims 5, characterized in that, in a preferred embodiment, said configuration table is configured as a buffer having three inputs: a clock signal, an enable or capture signal and an input for the signal that propagates through the analog delay line; and two outputs: one with the analog signal that propagates through the analog delay line on which an additional delay has been introduced by means of the programmable table, and a signal that provides the state of the line at the time of capture, marked by the flank of the clock signal. 7. Sistema de medida del tiempo según la reivindicaciones 6, caracterizado porque, en una realización preferida, las celdas de configuración consecutivas en la línea de retardo analógica se sitúan físicamente en posiciones consecutivas del dispositivo lógico programable, bien por filas o por columnas; y por que el interconexionado relativo entre celdas consecutivas hace uso de los mismos canales de conmutación, de modo que el retardo entre celdas consecutivas es equivalente para toda pareja de celdas de configuración consecutivas.7. Time measurement system according to claims 6, characterized in that, in a preferred embodiment, the consecutive configuration cells in the analog delay line are physically located in consecutive positions of the programmable logic device, either by rows or by columns; and because the relative interconnection between consecutive cells makes use of the same switching channels, so that the delay between consecutive cells is equivalent for all pairs of consecutive configuration cells. 8. Sistema de medida del tiempo según reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque el subsistema para la medida del tiempo con alta resolución comprende:8. Time measurement system according to claims 1 to 7, characterized in that the subsystem for measuring the time with high resolution comprises:
a.to.
una línea de retardo analógica, cuya entrada conecta con una señal externa, asociada al evento asíncrono cuyo instante de ocurrencia se quiere registrar, y cuya señal de habilitación está conectada con la señal de detección de pulso generada por el subsistema para la detección de eventos asíncronos,a analog delay line, whose input connects to a signal external, associated with the asynchronous event whose instant of occurrence you want to register, and whose enable signal is connected with the pulse detection signal generated by the subsystem to asynchronous event detection,
b.b.
un bus que combina la lectura de los distintos registros de muestreo, de modo que los n bits más significativos tienen un cierto valor lógico cuando se detecta un evento y los registros restantes el valor lógico complementario, donde indica el número de etapas que la señal de entrada asociada al evento atraviesa en su propagación a lo largo la línea entre el instante en que se produce el evento y el instante en que se muestrea el estado de la línea, determinado el flanco ascendente o descendente de la señal de reloj, y su valor es siempre menor o igual al número de etapas de retardo E,a bus that combines the reading of the different sampling records, so that the most significant n bits have a certain value logical when an event is detected and the remaining records on complementary logical value, which indicates the number of stages that the input signal associated with the event goes through its propagation to along the line between the moment the event occurs and the moment at which the state of the line is sampled, determined the  rising or falling edge of the clock signal, and its value is always less than or equal to the number of delay stages E,
c.C.
un decodificador que transforma el valor del bus, resultante de agrupar los valores de los E registros de muestreo, en un nuevo código que facilite su interpretación por parte de los subsistemas restantes del sistema de medida del tiempo.a decoder that transforms the bus value, resulting from grouping the values of the E sampling records, in a new code that facilitate its interpretation by the remaining subsystems of the time measurement system.
9. Sistema de medida del tiempo según reivindicaciones 1 a 8 caracterizador porque, en una realización preferida, el decodificador del subsistema para la medida del tiempo con alta resolución transforma la lectura de los E registros en un entero sin signo, representado en complemento a dos, que indica el número de elementos de atraviesan la línea de retardo analógica entre el instante en que la entrada a la línea de retardo analógica cambia de nivel y el instante en que se muestrea el estado de la línea.9. Time measurement system according to claims 1 to 8, characterized in that, in a preferred embodiment, the decoder of the subsystem for the measurement of time with high resolution transforms the reading of the E registers into an unsigned integer, represented in complement to two , which indicates the number of elements crossing the analog delay line between the moment at which the input to the analog delay line changes level and the moment at which the state of the line is sampled. 10. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque el subsistema de calibrado comprende los siguientes elementos:10. Time measurement system according to claims 1 to 9, characterized in that the calibration subsystem comprises the following elements:
a.to.
un registro tipo flip-flop, cuya entrada es el pulso generado por el contador síncrono,a record type flip-flop, whose input is the pulse generated by the synchronous counter,
b.b.
una línea de retardo analógica, la cual se sitúa físicamente paralela a la línea de retardo analógica principal y empleando para ello la fila o columna más próxima posible, de acuerdo con las restricciones tecnológicas impuestas por la FPGA, y cuya señal de habilitación de la línea de retardo analógica es la salida del registro flip-flop,a analog delay line, which is physically parallel to the main analog delay line and using the closest possible row or column, according to the technological restrictions imposed by the FPGA, and whose signal of analog delay line enablement is the output of the flip-flop log,
c.C.
un contador síncrono con el reloj maestro que genera periódicamente un pulso de duración constante que se toma como señal de entrada a la línea de retardo analógica,a synchronous counter with the master clock that periodically generates a pulse of constant duration that is taken as an input signal to the analog delay line,
d.d.
un filtro autoregresivo que promedia las lecturas realizadas por la línea de retardo analógica de calibración, y cuyo valor se actualiza con cada pulso generado por el contador síncrono,a autoregressive filter that averages the readings made by the analog calibration delay line, and whose value is update with each pulse generated by the counter synchronous,
e.and.
un registro para el almacenamiento del último valor de calibrado, cuyo valor se actualiza con el resultado proporcionado por el filtro autoregresivo y el cual refleja el número de etapas de retardo que atraviesa un pulso de duración conocida durante un período del reloj maestro, y del que por tanto se obtiene el retardo introducido por cada una de las celdas de retardo.a record for storage of the last calibration value, whose value is updated with the result provided by the filter autoregressive and which reflects the number of delay stages that crosses a pulse of known duration for a period of master clock, and from which therefore the delay is obtained entered for each of the delay cells.
11. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque el subsistema de generación de la etiqueta temporal comprende:11. Time measurement system according to claims 1 to 10 characterized in that the temporary label generation subsystem comprises:
a.to.
un contador cíclico síncrono con el reloj maestro, cuyo valor se incrementa en uno con cada ciclo de reloj y retorna a cero cuando se produce el desbordamiento,a synchronous cyclic counter with the master clock, whose value is Increase by one with each clock cycle and return to zero when overflow occurs,
b.b.
un subsistema de cálculo que, ante la detección de un evento asíncrono en el exterior, combina la información proporcionada por el citado contador síncrono con el valor almacenado en el registro de almacenamiento del subsistema de calibrado y con la lectura proporciona por la línea de retardo analógica asociada a la señal externa.a calculation subsystem that, upon detection of an asynchronous event abroad, combine the information provided by the aforementioned synchronous counter with the value stored in the register of Calibration subsystem storage and with reading provided by the analog delay line associated with the signal external
12. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el que subsistema de generación de la etiqueta temporal se fundamenta en el método seguido en la elaboración de la línea de retardo analógica principal y de calibración, de modo que se considera que el evento tiene lugar el instante de tiempo resultante de multiplicar el valor del contador del subsistema de generación de la etiqueta temporal por el período de reloj y descontar de este valor el resultado de multiplicar la lectura de la línea de retardo analógica principal, a la salida del decodificador del subsistema de medida del tiempo, por el período de reloj normalizada por el valor almacenado en el registro de calibración.12. Time measurement system according to claims 1 to 11, characterized in that the subsystem for generating the temporary label is based on the method followed in the elaboration of the main analog delay and calibration line, so that it is considered that the event takes place the instant of time resulting from multiplying the value of the counter of the generation subsystem of the time tag by the clock period and discounting from this value the result of multiplying the reading of the main analog delay line, to the decoder output of the time measurement subsystem, for the clock period normalized by the value stored in the calibration register. 13. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 12 caracterizado porque el subsistema de cálculo perteneciente al subsistema de generación de la etiqueta temporal comprende13. Time measurement system according to claims 1 to 12, characterized in that the calculation subsystem belonging to the temporary label generation subsystem comprises
a.to.
un multiplicador, cuyas entradas son un valor constante que expresa la duración conocida del pulso de calibración y el valor proporcionado por el subsistema de medida del tiempo con alta resolución a la salida del decodificador,a multiplier, whose inputs are a constant value that expresses the known duration of the calibration pulse and the value provided by the time resolution subsystem with high resolution at decoder output,
b.b.
un divisor, que divide el resultado a la salida del primer multiplicador por el valor almacenado en el registro del subsistema de calibrado que almacena el último valor de calibrado,a divisor, which divides the result at the exit of the first multiplier by the value stored in the subsystem register of calibration that stores the last calibration value,
c.C.
un multiplicador, cuyas entradas son un valor constante que expresa la duración del ciclo de reloj y el valor proporcionado por el contador síncrono del subsistema de generación de la etiqueta temporal,a multiplier, whose inputs are a constant value that expresses the duration of the clock cycle and the value provided by the synchronous counter of the tag generation subsystem temporary,
d.d.
un restador, que descuenta el resultado del divisor del valor a la salida del segundo multiplicador, que escala el contador síncrono mediante el periodo de reloj.a subtractor, which discounts the result of the value divisor to the output of the second multiplier, which scales the synchronous counter Through the clock period.
14. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque en una realización alternativa posible se combinan los subsistemas de medida del tiempo con alta resolución y de calibrado, de modo que comparten en el tiempo el uso de una única línea de retardo física común a ambos subsistemas.14. Time measurement system according to claims 1 to 10, characterized in that in a possible alternative embodiment the time resolution subsystems are combined with high resolution and calibration, so that they share in time the use of a single line of physical delay common to both subsystems. 15. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 10 y 14, caracterizado porque la primera etapa de retardo de la línea de retardos analógica tiene 5 entradas: una señal de reloj, una de habilitación y tres entradas que actúan sobre la tabla de configuración, la cual se configura como un multiplexor con dos entradas, la señal procedente del exterior y el pulso de calibración, más una tercera señal selecciona entre una u otra, mientras que las tablas de configuración de las restantes celdas de configuración pertenecientes a la línea de retardo analógica tienen una única entrada, de modo que la salida es igual a la entrada más un cierto retardo temporal; de este modo la línea de retardo analógica toma como entrada pulsos procedentes del exterior o del subsistema de calibrado, y ambos subsistemas comparten en el tiempo una única línea física de retardos.15. Time measurement system according to claims 1 to 10 and 14, characterized in that the first delay stage of the analog delay line has 5 inputs: a clock signal, an enable signal and three inputs acting on the table of configuration, which is configured as a multiplexer with two inputs, the signal from outside and the calibration pulse, plus a third signal selects between one or the other, while the configuration tables of the remaining configuration cells belonging to the line Analog delay have a single input, so that the output is equal to the input plus a certain time delay; in this way the analog delay line takes pulses from outside or the calibration subsystem as input, and both subsystems share a single physical delay line over time. 16. Sistema de medida del tiempo según las reivindicaciones 1 a 15 caracterizado porque en una realización preferida se emplea un circuito de bucle enganchado en fase o retardo para la reducción de la variabilidad (jitter) de la señal de reloj maestro del sistema procedente del exterior.16. Time measurement system according to claims 1 to 15 characterized in that in a preferred embodiment a loop circuit is engaged in phase or delay to reduce the variability (jitter) of the master clock signal of the system from outside . 17. Uso del sistema de medida del tiempo según reivindicaciones 1 a 17 un bloque constructivo de uno de los siguientes sistemas de imagen médica: escáner para tomografía por emisión de positrones (TEP), resonancia magnética nuclear (RMN), tomografía computerizada por rayos-X (CT), tomografía por emisión de fotones individuales (SPECT) y tomografía óptica.17. Use of the time measurement system according to claims 1 to 17 a building block of one of the following medical imaging systems: scanner for tomography Positron emission (PET), nuclear magnetic resonance imaging (NMR), X-ray computerized tomography (CT), emission of individual photon emission (SPECT) and tomography optics.
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US5272344A (en) * 1992-11-10 1993-12-21 General Electric Company Automated coincidence timing calibration for a pet scanner
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