時(shí)鐘信號(hào)的周期的整數(shù)倍。這種時(shí)間上的量化相當(dāng)于模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中的時(shí)間離散化，因此，從功能性上來看，可以將比較器220和傳輸控制器230這二者視作一個(gè)I位的ADC。在傳輸控制器230輸出的數(shù)字信號(hào)中，持續(xù)時(shí)間等于時(shí)鐘信號(hào)的周期的高電平代表第一邏輯電平，持續(xù)時(shí)間等于時(shí)鐘信號(hào)的周期的低電平代表第二邏輯電平。在一個(gè)示例中，第一邏輯電平可以是邏輯電平“ I ”，第二邏輯電平可以是邏輯電平“ O ”，則數(shù)字信號(hào)是由邏輯電平“I”和“O”組成的序列。假設(shè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率為100HZ，即周期為0.01s，則在數(shù)字信號(hào)中，單個(gè)“I”或“O”的持續(xù)時(shí)間是0.01s。另外，可以理解的是，當(dāng)多個(gè)“I”或多個(gè)“O”連續(xù)出現(xiàn)時(shí)，該多個(gè)“I”或多個(gè)“O”的持續(xù)時(shí)間是0.0ls的整數(shù)倍。傳輸控制器230可以是寄存器或受時(shí)鐘信號(hào)控制的開關(guān)電路等，下文將對(duì)傳輸控制器230的電路原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，在此不再贅述。
[0028]負(fù)反饋模塊240的輸入端連接傳輸控制器230的輸出端。負(fù)反饋模塊240用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)并且將反饋信號(hào)反饋給積分模塊210。負(fù)反饋模塊240可以包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。具體地，該DAC可以是I位的DAC，以將傳輸控制器230輸出的由“I”和“O”組成的序列轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，例如轉(zhuǎn)換為幅度隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)。負(fù)反饋模塊240可以進(jìn)一步包括電阻。DAC經(jīng)由該電阻連接到積分模塊210的輸入端。因此，上述電壓信號(hào)將產(chǎn)生流經(jīng)該電阻的電流信號(hào)，即反饋信號(hào)。反饋信號(hào)可以抵消來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)的一部分，避免積分模塊210所輸出的積分信號(hào)過大，以保持電路穩(wěn)定。此外，由于反饋信號(hào)在不斷抵消來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)，所以初始信號(hào)引發(fā)的反饋信號(hào)的累加值可以視作來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)的累加值。同時(shí)，反饋信號(hào)的幅度與數(shù)字信號(hào)的幅度成正比。因此，當(dāng)初始信號(hào)的持續(xù)時(shí)間已經(jīng)結(jié)束并且反饋信號(hào)的幅度穩(wěn)定在零(即針對(duì)初始信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔靡呀?jīng)停止)時(shí)，可以利用數(shù)字信號(hào)來計(jì)算光子的能量。應(yīng)該注意，反饋信號(hào)不宜過大或過小。反饋信號(hào)過大會(huì)導(dǎo)致初始信號(hào)的抵消速度過快，使得數(shù)字信號(hào)包含的誤差增大，影響測(cè)量精度。相反，反饋信號(hào)過小會(huì)導(dǎo)致初始信號(hào)的抵消速度過慢，使得無法及時(shí)減小積分信號(hào)的值，從而也會(huì)影響測(cè)量精度。反饋信號(hào)的幅度可以根據(jù)實(shí)際需要來確定，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。
[0029]光子測(cè)量模塊250包括能量測(cè)量模塊251。能量測(cè)量模塊251的輸入端連接傳輸控制器230的輸出端，用于利用數(shù)字信號(hào)對(duì)光電檢測(cè)器所檢測(cè)到的光子進(jìn)行能量測(cè)量。數(shù)字信號(hào)中包含能量信息，該能量信息可以反映光電檢測(cè)器所檢測(cè)到的光子的能量大小。能量測(cè)量模塊251通過對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某些運(yùn)算(如求和)，可以計(jì)算出或推測(cè)出光子的能量大小?？梢岳斫獾氖?，能量測(cè)量模塊251可以通過數(shù)字信號(hào)獲得光子的能量的確切值，也可以僅僅獲得光子的能量的相對(duì)值。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的光子測(cè)量前端電路，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以不使用或較少使用放大器、ADC等有源器件。因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案所需要的電路資源較少，成本低廉，功耗低。此外，與現(xiàn)有技術(shù)中采用ADC直接對(duì)來自光電檢測(cè)器的、經(jīng)前期處理的初始信號(hào)進(jìn)行采樣的方法不同，本發(fā)明提供的光子測(cè)量前端電路對(duì)初始信號(hào)進(jìn)行了積分，并對(duì)積分信號(hào)進(jìn)行處理以獲得光子的能量信息，因此能量測(cè)量不受初始信號(hào)的起始時(shí)間的影響。此外，可以理解的是，采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的能量測(cè)量和時(shí)間測(cè)量對(duì)ADC的精度和轉(zhuǎn)換速度要求較高。而本發(fā)明中由于不使用或較少使用ADC，因此對(duì)ADC的精度和轉(zhuǎn)換速度沒有要求或要求較低。
[0031]可選地，能量測(cè)量模塊251可以包括計(jì)數(shù)器(未示出)，用于通過對(duì)第一邏輯電平進(jìn)行計(jì)數(shù)來對(duì)光子進(jìn)行能量測(cè)量。也就是說，可以通過累計(jì)數(shù)字信號(hào)中“I”的個(gè)數(shù)來進(jìn)行能量測(cè)量。例如，如果數(shù)字信號(hào)中包含500個(gè)“1”，則可以將光子的能量大小視作500。
[0032]可選地，能量測(cè)量模塊251可以包括加法器(未示出)，用于通過對(duì)第一邏輯電平進(jìn)行求和來對(duì)光子進(jìn)行能量測(cè)量。也就是說，可以直接將數(shù)字信號(hào)中的“I”相加，將最后獲得的和作為光子的能量大小。例如，如果最后獲得的和為300，則可以將光子的能量大小視作 300。
[0033]通過對(duì)第一邏輯電平進(jìn)行計(jì)數(shù)或求和來進(jìn)行能量測(cè)量的方法簡(jiǎn)單快捷，效率高。
[0034]可選地，能量測(cè)量模塊251可以包括控制單元(未示出)。該控制單元與負(fù)反饋模塊相連接?？刂茊卧糜诳刂曝?fù)反饋模塊240在不同時(shí)段內(nèi)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為不同幅度的反饋信號(hào)?？蛇x地，能量測(cè)量模塊251可以進(jìn)一步包括加法器和乘法器(未示出)。控制單元可以進(jìn)一步用于根據(jù)反饋信號(hào)在特定時(shí)段內(nèi)的幅度給在特定時(shí)段內(nèi)的第一邏輯電平分配加權(quán)系數(shù)。加法器和乘法器用于通過根據(jù)加權(quán)系數(shù)對(duì)第一邏輯電平進(jìn)行加權(quán)求和來對(duì)光子進(jìn)行能量測(cè)量。例如，負(fù)反饋模塊240可以在來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)輸入的開始一段時(shí)間(以第一時(shí)段表不)輸出1.8mA的反饋信號(hào)，并在來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)輸入的隨后一段時(shí)間(以第二時(shí)段表示)輸出ImA的反饋信號(hào)。因此，對(duì)于傳輸控制器230來說，在第一時(shí)段內(nèi)輸出的數(shù)字信號(hào)中的“I”和在第二時(shí)段內(nèi)輸出的數(shù)字信號(hào)中的“I”所對(duì)應(yīng)的光子能量大小不同。因此，可以為第一時(shí)段內(nèi)的“I”分配大小為1.8的加權(quán)系數(shù)，并且為第二時(shí)段內(nèi)的“I”分配大小為I的加權(quán)系數(shù)，并且根據(jù)加權(quán)系數(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)中的“I”進(jìn)行加權(quán)求和。加權(quán)求和的結(jié)果可以作為能量測(cè)量結(jié)果?？梢岳斫獾氖牵訖?quán)系數(shù)的確定可以根據(jù)在不同時(shí)段內(nèi)反饋信號(hào)的比例關(guān)系確定。例如，對(duì)于上面所舉的例子來說，在第一時(shí)段和第二時(shí)段內(nèi)的加權(quán)系數(shù)還可以分別是9和5等。可以理解的是，負(fù)反饋模塊240中可以包括DAC和多個(gè)具有不同電阻值的電阻。根據(jù)一個(gè)示例，DAC可以在第一時(shí)段和第二時(shí)段內(nèi)分別輸出兩路幅度相同的電壓信號(hào)，但是可以使兩路電壓信號(hào)分別通過兩個(gè)電阻值不同的電阻，或僅通過其中一路，從而使得負(fù)反饋模塊240輸入到積分模塊210的反饋信號(hào)(其為電流信號(hào))在第一時(shí)段和第二時(shí)段內(nèi)不同。根據(jù)另一個(gè)示例，DAC還可以在第一時(shí)段內(nèi)輸出兩路幅度相同的電壓信號(hào)，但是可以使兩路電壓信號(hào)分別通過兩個(gè)電阻值不同的電阻，而在第二時(shí)段內(nèi)只輸出第一時(shí)段所輸出的兩路信號(hào)之一，從而使得負(fù)反饋模塊240輸入到積分模塊210的反饋信號(hào)(其為電流信號(hào))在第一時(shí)段和第二時(shí)段內(nèi)不同。在光子測(cè)量前端電路中，可以根據(jù)需求隨著時(shí)間變化采用不同幅度的反饋信號(hào)，從而可以調(diào)整光子測(cè)量的速度和準(zhǔn)確度，達(dá)到兼顧測(cè)量效率與測(cè)量精度的目的。
[0035]可選地，能量測(cè)量模塊251可以進(jìn)一步用于利用查找表對(duì)能量測(cè)量結(jié)果和初始信號(hào)的峰值之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行校正，并且利用經(jīng)校正的轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)能量測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。初始信號(hào)的峰值與光子的實(shí)際能量成正比，因此能量測(cè)量結(jié)果與初始信號(hào)的峰值之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)反映的是能量測(cè)量結(jié)果與光子的實(shí)際能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的能量測(cè)量結(jié)果和來自光電檢測(cè)器的初始信號(hào)的峰值之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)圖。如圖3所示，該轉(zhuǎn)換函數(shù)圖可能存在一定的非線性。因此，根據(jù)實(shí)際需要，可以采用FPGA的數(shù)字邏輯電路，例如查找表，來對(duì)能量測(cè)量結(jié)果和初始信號(hào)的峰值之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行校正(補(bǔ)償或者校準(zhǔn))。隨后，可以利用經(jīng)校正的轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)能量測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。對(duì)上述轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行校正并采用經(jīng)校正的轉(zhuǎn)換函數(shù)來校正能量測(cè)量結(jié)果的方法可以提高能量測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0036]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光子測(cè)量前端電路400的示意性框圖。圖4所示的積分模塊410、比較器420、傳輸控制器430、負(fù)反饋模塊440和能量測(cè)量模塊451與圖2的積分模塊210、比較器220、傳輸控制器230、負(fù)反饋模塊240和能量測(cè)量模塊251相同，在此不再贅述。
[0037]可選地，光子測(cè)量模塊450可以進(jìn)一步包括時(shí)間測(cè)量模塊452，時(shí)間測(cè)量模塊452的輸入端連接傳輸控制器430的輸出端，用于利用數(shù)字信號(hào)對(duì)光子進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。數(shù)字信號(hào)的上升沿發(fā)生的時(shí)間可以反映光子的時(shí)間信息。時(shí)間測(cè)量模塊452可以測(cè)量來自傳輸控制器430的數(shù)字信號(hào)的上升沿發(fā)生的時(shí)間。其方法為使用數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘直接記錄上升沿發(fā)生的時(shí)間。這種方法比較簡(jiǎn)單快捷，易于實(shí)現(xiàn)。時(shí)間測(cè)量模塊452也可以采用高精度的模擬TDC或者數(shù)字TDC (例如基于FPGA延遲線的數(shù)字TDC)，對(duì)數(shù)字信號(hào)的上升沿進(jìn)行精確時(shí)間測(cè)量。這種方法可以提高時(shí)間測(cè)量的精度。
[0038]可選地，時(shí)間測(cè)量模塊452的輸入端還可以連接比較器420的輸出端，用于利用比較結(jié)果對(duì)光子進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。比較結(jié)果是沒有經(jīng)過傳輸控制器430在時(shí)間上進(jìn)行量化的信號(hào)，因此，直接測(cè)量比較結(jié)果的時(shí)間信息，可以獲得更準(zhǔn)確的光子的時(shí)間信息。時(shí)間測(cè)量模塊452可以測(cè)量來自比較器420的比較結(jié)果的上升沿發(fā)生的時(shí)間。其方法為使用數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘直接記錄上升沿的發(fā)生的時(shí)間。時(shí)間測(cè)量模塊452也可以采用高精度的模擬TDC或者數(shù)字TDC (例如基于FPGA延遲線的數(shù)字TDC)，對(duì)比較結(jié)果的上升沿進(jìn)行精確時(shí)間測(cè)量。
[0039]可以理解的是，可以在光子測(cè)量模塊450中實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量模塊452，以對(duì)光子的時(shí)間信息進(jìn)行測(cè)量。另外，也可以將光電檢測(cè)器輸出的初始信號(hào)分為兩路，一路采用本發(fā)明提供的光子測(cè)量前端電路來測(cè)量光