CFD方法電路原理及雙極性信號(hào)成形方法

介紹PET系統(tǒng)中定時(shí)方法時(shí)有介紹到目前大部分使用到的是CFD方法，CFD是Constant Fraction Discriminator的縮寫。

這里對(duì)CFD具體方法概念，不再贅述，本文筆者個(gè)人帶著學(xué)習(xí)的態(tài)度來給大家介紹下該方法電路的具體實(shí)現(xiàn)。為了介紹方便，我們還是將CFD的實(shí)現(xiàn)框圖擺出來，如圖1所示。

圖1：CFD原理框圖

因?yàn)樾枰_定時(shí)，所以在前面博文中，筆者詳細(xì)介紹了，當(dāng)圖1中的輸入信號(hào)的幅度不同時(shí)，如果采用雙閾值檢測(cè)，那么會(huì)出現(xiàn)時(shí)間晃動(dòng)，在上述鏈接博文的圖2和圖3有非常形象的展示。

而上述圖1就可以非常理想的避免這個(gè)問題，我們看到不管輸入信號(hào)的幅度怎么變化，圖1右側(cè)的tz時(shí)刻（即過零時(shí)刻）都會(huì)保持固定，這就是我們所需要的，即每次hit我們都能進(jìn)行精確的定時(shí)。（這里，大家一定要看懂右側(cè)圖，首先輸入信號(hào)為黑線，上面紅線表示經(jīng)過延遲后的輸入，下面紅線是經(jīng)過衰減并倒相的輸入，最后藍(lán)線就是上述二者相加得到的結(jié)果，藍(lán)線和橫軸相交產(chǎn)生了過零點(diǎn)）

有了這原理框圖，那么剩下的就是具體實(shí)現(xiàn)，圖1左側(cè)中，分別有衰減、倒相、延遲、加法器以及過零檢測(cè)等主要電路模塊，后面我們將對(duì)它們一一進(jìn)行詳細(xì)的具體實(shí)現(xiàn)介紹。

雙極性信號(hào)成形方法

如圖2所示，輸入信號(hào)Vi直接連到比較器的同相輸入端，比較器的反相輸入端信號(hào)Vc是Vi的低通濾波輸出，它在時(shí)間上比輸入信號(hào)滯后。比較器的同相、反相輸入端之間的電壓差為：

Vr（t）=Vi（t）-Vc（t）=R*i（t）=RCdVc（t）/dt

圖2：雙極性成形電路

在電容器上的電壓達(dá)到峰值之后，積分電阻上的電流方向改變，引起比較器輸出翻轉(zhuǎn)。由于電阻電容組成的是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，Vr（t）的過零與輸入信號(hào)的幅度無關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了恒比定時(shí)功能。

圖3：CFD輸出

注：圖1中反相可以通過圖2中的放大器實(shí)現(xiàn)一個(gè)減法器來實(shí)現(xiàn);而RC濾波器來實(shí)現(xiàn)一個(gè)延時(shí)，這樣在整個(gè)CFD電路中就實(shí)現(xiàn)了所謂的無延遲線的CFD。