电子装置以及校正该电子装置中比较器的方法
技术领域
[0001] 本
申请涉及
信号处理领域，特别涉及一种电子装置以及校正该电子装置中的比较器的方法。
背景技术
[0002] 本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成
现有技术。
[0003] 比较器是将
模拟信号的
电压幅值与基准信号的电压幅值相比较的
电路，其可以实现模拟信号到
数字信号的转换。比较器的工作原理如下：当P端电压大于N端电压时，其输出1，反之，其输出0。
[0004] 比较器可以广泛地用于诸多电子装置，例如，X-ray探测器和数字
正电子发射
断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)探测器等。然而，应用于上述电子装置的比较器通常都存在转换误差的问题。即，只有当在N端输入的模拟信号的电压与在P端输入的基准信号的电压之间相差一特定电压值时，比较器的输出才会从0跳变到1，或者从1跳变到0。该特定电压值即为比较器的转换误差。对于不同的比较器，其转换误差可能都各不相同。比较器的转换误差可能会影响X-ray探测器和数字PET探测器等装置的测量结果的准确性。
[0005] 在上述电子装置中，通常通过在比较器的P端额外地输入一个脉宽固定的三
角波来计算其转换误差，从而可以通过在N端输入原基准信号的
基础上
叠加输入幅值为转换误差的信号来消除其转换误差。
发明内容
[0006] 在实现本申请过程中，
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0007] 在校正比较器的转换误差时，需要额外使用信号发生器来输入三角波并且需要上位机
软件来计算在N端输入的基准信号脉宽和
输出信号脉宽的趋势线，这带来了额外的软
硬件开销和成本。
[0008] 本申请
实施例的目的是提供一种电子装置以及校正该电子装置中的比较器的方法，以降低软硬件开销和成本。
[0009] 为实现上述目的，本申请实施例提供的一种电子装置以及校正该电子装置中的比较器的方法是这样实现的：
[0010] 一种电子装置，所述电子装置包括：
[0011] 比较器；
[0012]
运算放大器，其同相输入端悬空，其输出端与所述比较器的第一输入端连接以向所述比较器提供白噪声信号；
[0013]
控制器，其与所述比较器的第二输入端连接以控制所述第二输入端的电压；
[0014] 计数器，其与所述控制器和所述比较器的输出端连接以对所述比较器的输出信号的跳变次数进行计数；以及
[0015] 处理器，其与所述计数器连接以根据所述计数器所记录的所述跳变次数来确定所述比较器的转换误差。
[0016] 优选地，所述电子装置还包括偏置电压供应端，其与所述
运算放大器的输出端和所述比较器的第一输入端连接。
[0017] 优选地，所述电子装置还包括数字模拟转换器，其与所述比较器的第二输入端和所述控制器连接。
[0018] 优选地，所述电子装置还包括
存储器，其与所述处理器连接以存储所述比较器的转换误差。
[0019] 优选地，所述电子装置还包括与所述运算放大器对应的探测通道，其用于探测
光信号并产生对应的
电信号。
[0020] 优选地，所述比较器、所述运算放大器和所述计数器的个数与所述探测通道的数量一一对应。
[0021] 优选地，所述控制器、所述计数器和所述处理器集成于同一个现场可编程阵列芯片上。
[0022] 一种校正上述电子装置中的比较器的方法，所述方法包括：
[0023] 步骤S1，在所述运算放大器向所述比较器的第一输入端输出白噪声信号并且所述控制器将所述比较器的第二输入端的电压设置为第一电压
阈值之后，所述计数器记录预设时间段内所述比较器的输出信号的第一跳变次数；
[0024] 步骤S2，在所述计数器完成所述预设时间段内的计数之后，所述控制器将所述比较器的第二输入端的电压改变预设变化量，并且所述计数器再次记录所述预设时间段内所述比较器的输出信号的第二跳变次数；
[0025] 步骤S3，重复上述步骤S2，直到所述比较器的第二输入端的电压值达到第N电压阈值，所述计数器记录所述预设时间段内所述比较器的输出信号的第N跳变次数；以及[0026] 步骤S4，所述处理器将所述计数器所记录的所有跳变次数进行对比，并且根据对比结果来确定所述比较器的转换误差，以校正所述比较器。
[0027] 优选地，所述步骤S1还包括：
[0028] 在所述计数器记录所述第一跳变次数之前，所述电子装置中的偏置电压供应端向所述比较器的第一输入端提供偏置电压信号。
[0029] 优选地，所述步骤S2还包括：
[0030] 在所述计数器记录所述预设时间段内所述比较器的输出信号的第二跳变次数之前，所述控制器重置所述计数器以使所述计数器回到初始状态。
[0031] 优选地，所述第N电压阈值与所述第一电压阈值之间满足以下关系：
[0032] 当所述第一电压阈值为预设电压最小值时，所述第N电压阈值为预设电压最大值，并且第N电压阈值＝第一电压阈值+(N-1)*预设变化量；
[0033] 当所述第一电压阈值为预设电压最大值时，所述第N电压阈值为预设电压最小值，并且第N电压阈值＝第一电压阈值-(N-1)*预设变化量，
[0034] 其中，N为大于1的正整数。
[0035] 优选地，所述预设变化量小于或等于所述运算放大器所产生的白噪声信号的幅值。
[0036] 优选地，所述步骤S4中根据对比结果来确定所述比较器的转换误差的过程包括:
[0037] 所有所述跳变次数中数值最大的跳变次数所对应的所述比较器的第二输入端的电压阈值确定为所述比较器的转换误差。
[0038] 优选地，所述方法还包括：
[0039] 步骤S5，所述电子装置中的存储器存储所述比较器的转换误差。
[0040] 由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过利用电子装置内部的运算放大器产生的白噪声信号作为比较器的第一输入端的基准信号，利用控制器控制比较器的第二输入端的电压，利用计数器记录比较器的输出信号的跳变次数，并且利用处理器处理跳变次数，从而确定出比较器的转换误差以实现对比较器的校正，而不需要利用额外的信号发生器来提供基准信号，从而可以实现降低软硬件开销和成本的目的。而且，在校正比较器的转换误差时，不需要人工控制具体进度，这可以降低人工成本。此外，在校正比较器的转换误差时，不需要上位机软件来计算信号脉宽，这可以降低资源消耗。
附图说明
[0041] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1是本申请实施例提供的一种电子装置的结构示意图；
[0043] 图2是本申请实施例提供的另一种电子装置的结构示意图；
[0044] 图3是本申请实施例提供的一种校正电子装置中的比较器的方法的流程示意图。
具体实施方式
[0045] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或
权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0046] 需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
[0047] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
[0048] 另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0049] 下面结合附图对本申请实施例所提供的电子装置以及校正该电子装置中的比较器的方法进行详细说明。
[0050] 如图1所示，本申请实施例提供了一种电子装置，其可以应用于X-ray探测器和数字PET探测器等光电探测器，但不限于此。该电子装置可以包括：
[0051] 比较器110；
[0052] 运算放大器120，其同相输入端悬空，其
反相输入端与外围电路连接，其输出端与比较器110的第一输入端(即，P端)连接，以向比较器110提供白噪声信号；
[0053] 控制器130，其与比较器110的第二输入端(即，N端)连接，以控制第二输入端的电压；
[0054] 计数器140，其与控制器130连接，并且还与比较器110的输出端连接，以对比较器110的输出信号的跳变次数进行计数；以及
[0055] 处理器150，其与计数器140连接以根据计数器140所记录的跳变次数来确定比较器110的转换误差。
[0056] 比较器110可以是指利用现场可编程
门阵列(FPGA)芯片的差分IO端口(例如，
低电压差分信号(LVDS)端口和短截线
串联端接逻辑(SSTL)端口)实现的电压比较器，也可以包括专用的电压比较器(例如，LM339和LM393等)，也还可以是其它比较器。
[0057] 比较器110可以根据将运算放大器120所提供的白噪声信号的电压(即，第一输入端的电压)与控制器130所控制的电压进行对比，根据对比结果来输出信号。当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，其输出1，当第一输入端的电压小于第二输入端的电压时，其输出0。
[0058] 跳变次数可以是指比较器110的输出信号从0跳变到1或者从1跳变到0的变化次数。
[0059] 控制器130可以根据所接收的控制指令来控制比较器110的第二输入端的电压，使其电压按照预设变化量来改变。所述控制指令可以是定时或者人工触发而从外部预先或实时接收的。控制器130还可以重置计数器140，使其回到初始状态。
[0060] 计数器140可以是多位计数器，例如，4位计数器或8位计数器等。在比较器110输出信号之后，计数器140可以从初始状态(例如，0或其它数值)开始向上计数，直到达到其计数上限或被控制器130重置；也可以从初始状态(例如，计数器的计数上限)向下计数，直到达到其计数下限或被控制器130重置。
[0061] 处理器150可以将计数器140所记录的所有跳变次数进行对比，并根据对比结果来确定比较器110的转换误差。
[0062] 控制器130、计数器140和处理器150可以集成于该装置中的同一个FPGA芯片上，也可以独立地设置在该电子装置中。
[0063] 在本申请的另一实施例中，该电子装置还可以包括偏置电压供应端125，其可以与运算放大器120的输出端和比较器110的第一输入端连接，以向比较器110的第一输入端提供偏置电压信号，使得比较器110的第一输入端的电压高于其第二输入端的电压。该偏置电压信号的幅值可以高于比较器110所存在的最小转换误差的绝对值。
[0064] 在本申请的另一实施例中，该电子装置还可以包括数字模拟转换器(DAC)160，其可以与比较器110的第二输入端和控制器130连接，其可以将所输入的数字信号转换为模拟信号并将转换后的模拟信号发送给比较器。控制器130可以通过控制DAC 160的
输出电压来控制比较器110的第二输入端的电压。
[0065] 在本申请的另一实施例中，该电子装置还可以包括存储器170，其可以与处理器150连接，以存储处理器150所确定的比较器110的转换误差。而且，当计数器140不具备存储功能时，存储器170还可以用于存储计数器140所记录的数据。存储器170可以是片上随机存储器(RAM)，也可以是其它存储器。
[0066] 在本申请的另一实施例中，该电子装置还可以包括与运算放大器120对应的探测通道，其用于探测光信号并产生对应的电信号。在实际应用中，探测通道可以与运算放大器的同相输入端连接，在校正比较器的转换误差时，只需要断开二者之间的连接，使运算放大器的同相输入端悬空即可。
[0067] 比较器110、运算放大器120和计数器140的数量可以与探测通道的数量一一对应。针对该装电子置包括多个探测通道的情况，其结构示意图如图2所示。
[0068] 通过上述描述可以看出，本申请实施例提供的电子装置通过利用其内部的运算放大器来产生白噪声信号以作为比较器的第一输入端的基准信号，利用控制器控制比较器的第二输入端的电压，利用计数器记录比较器的输出信号的跳变次数，并且利用处理器处理跳变次数，从而确定出比较器的转换误差以实现对比较器的校正，而不需要利用额外的信号发生器来提供基准信号，从而可以实现降低软硬件开销和成本的目的。而且，在利用处理器确定比较器的转换误差时，不需要人工控制具体进度，这可以降低人工成本。此外，在校正比较器的过程中，不需要上位机软件来计算信号脉宽的趋势线，这可以降低资源消耗。
[0069] 本申请实施例还提供了一种校正上述电子装置中的比较器的方法，如图3所示，该方法可以包括以下步骤：
[0070] 步骤S1，在运算放大器向比较器的第一输入端输出白噪声信号并且控制器将比较器的第二输入端的电压设置为第一电压阈值之后，计数器记录预设时间段内比较器的输出信号的第一跳变次数。
[0071] 当各个运算放大器的同相输入端被悬空时，其运放基线上会产生白噪声信号，各个运算放大器可以将该白噪声信号发送给与其对应的比较器的第一输入端，并且控制器可以根据预先或实时接收的控制指令将各个比较器的第二输入端的电压设置为第一电压阈值。然后，各个比较器可以将在其第一输入端输入的白噪声信号的幅值与第二输入端的第一电压阈值进行对比，当第一输入端的白噪声信号的幅值大于第二输入端的第一电压阈值时，该比较器可以输出1，而当第一输入端的白噪声信号的幅值小于第二输入端的第一电压阈值时，该比较器可以输出0。在各个比较器输出信号之后，各个计数器可以从初始状态开始记录预设时间段(例如，0.5ms～1ms等)内对应比较器的输出信号的第一跳变次数，例如，可以记为Num(m,1)，其中，m可以表示探测通道编号或分组编号。每个分组均可以由一个运算放大器、一个比较器和一个计数器构成。
[0072] 在本申请的另一实施例中，在计数器记录第一跳变次数之前，该电子装置中的偏置电压供应端可以向各个比较器的第一输入端提供偏置电压信号，以确保各个比较器的第一输入端的电压大于其第二输入端的电压。
[0073] 第一电压阈值可以是利用现有技术中的方法(例如，通过输入三角波来计算比较器的转换误差的方法)预先统计的或者根据经验确定的预设电压最小值(即，比较器的转换误差的最小值)或者预设电压最大值(即，比较器的转换误差的最大值)。
[0074] 需要说明的是，本步骤中并不限定运算放大器向比较器的第一输入端输出白噪声信号与控制器设置比较器的第二输入端的电压之间的执行顺序，二者可以按顺序执行，也可以同时执行。
[0075] 步骤S2，在计数器完成预设时间段内的计数之后，控制器将比较器的第二输入端的电压改变预设变化量，并且计数器再次记录预设时间段内比较器的输出信号的第二跳变次数。
[0076] 在各个计数器完成预设时间段内的计数之后，控制器可以将各个比较器的第二输入端的电压增大或减小预设变化量。然后，各个比较器可以再次对其第一输入端与第二输入端之间的电压值进行对比，根据对比结果来输出对应的信号，即当第一输入端的电压值大于第二输入端的电压值时，输出1，而当第一输入端的电压值小于第二输入端的电压值时，输出0。在各个比较器输出信号之后，各个计数器可以再次记录预设时间段内对应比较器的输出信号的第二跳变次数，例如，可以记为Num(m,2)。第二跳变次数可以等于计数器的当前计数与第一跳变次数之差。
[0077] 在本申请的另一实施例中，在各个计数器开始计数之前，控制器可以重置各个计数器，使其回到初始状态。此时，第二跳变次数即为计数器的当前计数。
[0078] 步骤S3，重复上述步骤S2，直到比较器的第二输入端的电压值达到第N电压阈值，计数器记录预设时间段内比较器的输出信号的第N跳变次数。
[0079] 在各个计数器记录对应比较器的输出信号的第二次跳变次数之后，可以重复上述步骤S2，直到各个比较器的第二输入端的电压值达到第N电压阈值。此时，各个计数器可以再次记录预设时间段内对应比较器的输出信号的第N跳变次数，并将其记为Num(m,N)。第N跳变次数可以等于计数器的当前计数与第N-1跳变次数之差。
[0080] 在本步骤中，在各个计数器开始计数之前，控制器可以重置各个计数器，使其回到初始状态。此时，第N跳变次数即为计数器的当前计数。
[0081] 其中，第N电压阈值与第一电压阈值之间满足以下关系：
[0082] 当第一电压阈值为预设电压最小值时，第N电压阈值为预设电压最大值，并且第N电压阈值＝第一电压阈值+(N-1)*预设变化量；
[0083] 当第一电压阈值为预设电压最大值时，第N电压阈值为预设电压最小值，并且第N电压阈值＝第一电压阈值-(N-1)*预设变化量。
[0084] 预设变化量可以小于或等于运算放大器所产生的白噪声信号的幅值，并且其可以按照以下公式来确定：
[0085]
[0086] 其中，△V为预设变化量，Vmax为预设电压最大值，Vmin为预设电压最小值，N为大于1的正整数，其具体数值可以根据经验或理论计算来确定。
[0087] 步骤S4，处理器将计数器所记录的所有跳变次数进行对比，并且根据对比结果来确定所述比较器的转换误差，以校正所述比较器。
[0088] 在各个计数器都记录对应比较器的第N跳变次数之后，处理器可以依次将各个计数器所记录的所有跳变次数分别进行对比，确定出各个计数器所记录的所有跳变次数中数值最大的跳变次数，从而将该跳变次数所对应的比较器的第二输入端的电压阈值确定为该比较器的转换误差。
[0089] 例如，对于第i探测通道和第j探测通道，如果其跳变次数的最大值分别为Num(i,K)和Num(j,L)，则第i探测通道所对应的比较器的转换误差为：
[0090] Vmin+(K-1)*△V或者Vmax-(K-1)*△V；
[0091] 第j探测通道所对应的比较器的转换误差为：
[0092] Vmin+(L-1)*△V或者Vmax-(L-1)*△V。
[0093] 其中，i和j为1到m之间的正整数，K和L为1到N之间的正整数。
[0094] 在确定出每个比较器的转换误差之后，可以通过在向每个比较器的第一输入端输入原基准信号的基础上再叠加输入幅值为转换误差的信号，从而可以实现对比较器的校正。
[0095] 需要说明的是，在上述步骤中，针对在控制器与比较器之间设置有数字模拟转换器(DAC)的情形，控制器可以通过控制DAC的输出电压来改变比较器的第二输入端的电压。而且，DAC的输出电压范围在Vmin与Vmax之间。
[0096] 在本申请的另一实施例中，该方法还可以包括：
[0097] 步骤S5，存储器存储处理器所确定的比较器的转换误差。
[0098] 在确定出所有比较器的转换误差之后，可以利用存储器来存储每个比较器的转换误差，以便于在装置下次工作时，读取该转换误差并将其叠加在原基准信号的幅值之上，以实现对比较器的校正。
[0099] 通过上述描述可以看出，本申请实施例通过利用电子装置内部的运算放大器来提供白噪声信号以作为比较器的第一输入端的基准信号，利用控制器来控制比较器的第二输入端的电压，利用计数器来记录比较器的输出信号的跳变次数，以及利用处理器来比较比较器的输出信号的跳变次数，从而确定出比较器的转换误差，而不需要利用额外的器件来产生比较器的第一输入端的基准信号，这可以降低软硬件开销。而且，在校正比较器的转换误差时，不需要人工控制具体进度，这可以降低人工成本。此外，在校正比较器的转换误差时，不需要上位机软件来计算信号脉宽，这可以降低资源消耗。另外，针对该电子装置中的各个探测通道，可以同时校正其对应比较器的转换误差，这提高了工作效率。
[0100] 上述实施例阐明的装置、单元、模
块以及器件等，具体可以由计算
机芯片、
半导体芯片和/或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种器件分别描述。当然，在实施本申请时可以把各器件的功能在同一个或多个计算机芯片或
半导体芯片中实现。
[0101] 虽然本申请提供了如上述实施例或
流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。
[0102] 本
说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
[0103] 上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种
修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。
