Speaker
冕 王
(高能所)
Description
基于飞行时间的正电子发射断层成像系统（TOF-PET）对读出电子学的通道数、计数率和时间精度提出了严苛要求。尽管开关电容阵列（SCA）结ADC的波形采样技术虽具备时间分辨率优势，但慢速读出带来的长死时间限制了其在高计数率场景的应用。本文设计了一个基于 DRS4 芯片（采用 SCA 技术）的 64 通道波形采样电子学模块，采样率达 5.12 GSPS，通过两项核心优化突破死时间瓶颈：一是采用ROI（Region-of-interest）读出模式，仅读取包含核信号时间与能量信息的 50-100 个采样单元以减小读出死时间；二是设计硬件级预符合触发机制，基于硬件与固件从能量和时间两个维度共同过滤散射与非符合事件，仅对已符合事件进行在线采样与读出。该设计能够极大提高探测系统的有效事件率，进一步提升系统灵敏度。实验结果表明，经直流偏移校正与时间间隔非均匀性校准后，电子学时间精度约为18 ps（FWHM）；读取少于50个采样单元时，单通道计数率超过 100 kcps，是传统模式理论最大值的3倍。基于该电子学模块搭建了 64 通道 双TOF-PET 探测器模块，其计数率达到 900 kc/s，满足 PET 系统的应用需求。该电子学系统解决了高时间精度与高计数率难以同时实现的系统级难题，展现了基于 SCA+ADC 技术的波形数字化电子学在 TOF-PET、正电子素湮没寿命谱（PALS）、粒子飞行时间测量系统等大规模符合时间测量领域的巨大应用潜力。
