1.CFD電路的基本構想
恆比鑒相器CFD是一種新型的能夠在高頻（100MHz以上）使用的一種鑒相器，與傳統的鑒相器的區別在於，CFD的輸出與輸入的相位差不受輸入的大小的改變而變化。實際上都有200~400ps的time walk（時間游動效應），此方式在時間測量領域有着廣闊的應用。該方法第一次出現在1967年，由Gedck和MC Donald第一次提出。具體電路如下：
信號被分成兩路，一路通過定值比較器去除噪聲干擾，另一路分成兩路后，一路進過延時，一路衰減（保證相位差和幅值不同），進入過零比較器，兩路比較器的輸出進入觸發器，得到最終輸出。一般而言其偏差在400ps左右，在前置加入ACG電路，可以降低整個CFD電路的動態范圍，可以將誤差減小至200多ps，這樣對於高能粒子或是光的時間測量的誤差，可以減小到1s左右。一般是對於單一脈沖的時間測量，從而得到回波信號。
2.CFD電路的注意事項
基本原理的推到不再贅述，可以假設輸入是高斯鍾形信號，在延時，衰減之后便可以得到最后的時間表達式，發現其輸出值與輸入值的大小變化無關，只與過零比較的時間點有關，動態范圍很高（我這里的動態范圍在80左右）。
實際在操作中，會發現由於時間的抖動的情況，不同幅值下，CFD的輸出在時間上依然有微小的位移，這個位移的大小與上升的時間有關，在添加ACG電路之后，其位移會減小，但是整個電路的時間上的反應時間則會大大的加強。整個輸入與輸出的時間偏移量可能超過30ns，然而在無ACG電路時則是5ns以內，這個是要考慮好的一個重要的因素。
此外關於整個CFD的時間上的鑒別標准差的考量，標准差的大小與信噪比成反比，與上升沿時間成正比。公式如下，其中阿爾法為衰減系數。
3.參考電路
CFD由於是超高速的電路，所以在比較器的選擇上應該采用ECL（射級耦合邏輯電平）或PECL（正射級耦合邏輯電平Positive Emitter Coupled Logic）。ECL電平 ECL(EmitterCoupled Logic)即射極耦合邏輯，是帶有射隨輸出結構的典型輸入輸出接口電路,ECL電路的最大特點是其基本門電路工作在非飽和狀態，因此ECL又稱為非飽和性邏輯。也正因為如此，ECL電路的最大優點是具有相當高的速度。這種電路的平均延遲時間可達幾個ns數量級甚至更少。傳統的ECL以VCC為零電壓，VEE為-5.2 V電源，VOH=VCC-0.9 V=-0.9 V，VOL=VCC-1.7 V=-1.7 V，所以ECL電路的邏輯擺幅較小（僅約0.8 V）。當電路從一種狀態過渡到另一種狀態時，對寄生電容的充放電時間將減少，這也是ECL電路具有高開關速度的重要原因。另外，ECL電路是由一個差分對管和一對射隨器組成的，所以輸入阻抗大，輸出阻抗小，驅動能力強，信號檢測能力高，差分輸出，抗共模干擾能力強；但是由於單元門的開關管對是輪流導通的，對整個電路來講沒有“截止”狀態，所以電路的功耗較大。需要做好良好的電路散射工作。
PS：關於時間誤差問題。
如果是從事一般的電子工程師，很少會接觸到時間抖動的誤差問題。
在《PET系統基礎之時間信息概述》一文中提到了arrival time的晃動是導致測量誤差重要因素。那么又是什么導致的時間晃動呢，主要有以下幾個因素：
1、 探測器的固有晃動。
2、 噪聲引起時檢點路輸出的時間晃動。
3、?幅度時間游動效應。
4、?上升時間游動效應。
以上幾種因素在不同條件喜愛對晃動所起的影響是不同的，因為要具體加以分析，分清主次。應着重分析幅度和上升時間游動效應產生的時間晃動及其解決辦法。另外，上述列出的因素，主要討論的是信號調理階段，也即模擬信號處理。在后端時間量化的時候，也會存在所謂的量化誤差（比如TDC誤差、時鍾Skew和jitter等），這是另外一個概念，這里論述的是時間定時的基礎，如果基礎不精確也就談不上后續TDC的測量精度了。
首先我們來看探測器固有晃動，這是因為不同探測器元件的電流信號輸出的時間晃動不一樣，產生原因也不相同，大致因為載流子在探測器內運動途徑不同造成。至於PET系統，其探測器是PMT，由於伽瑪光子擊中的位置不同使得光傳輸到PMT的時間不同，這樣其輸出信號的時間發生差異，而擊中的位置往往是隨機的，因為信號輸出的時間產生晃動。對於這個因素，目前信號調理電路還沒有好的辦法應對，只能是在挑選PMT的時候下功夫，另外通過多次試驗可以在后端對PMT傳輸時間進行Time Correction，這個Correction的參數通過大量實驗獲取，並能隨時進行更新，所以現在也基本能保證對探測器固有晃動進行很好的補償。
第二個因素是噪聲，噪聲疊加在信號上會引起時檢電路輸出的時間晃動，這個需要通過提高調理電路設計來進行處理，這里不展開。
第三個因素是幅度時間游動效應，探測器輸出信號的隨機變化造成了時間上晃動，稱為幅度時間游動效應。不同幅度經過時檢電路之后在輸出時間上產生差異，如圖2所示。
圖2：幅度時間游動效應
最后一個因素就是上升時間游動效應，PMT的輸出信號上升存在隨機變化，這就帶來了時檢電路的輸出信號在時間上晃動，這稱為上升時間游動效應。不同的上升時間的信號經過時間檢測電路之后會產生在輸出信號時間上的差異，如圖3所示。
圖3：上升時間游動效應
通過圖2和圖3，那么我可以假設同一個信號通過不同的PMT那么得到不同的幅度以及不同的上升時間，按圖示，我們必然會得到不同的定時，這種定時誤差必須通過相應的時間檢測電路進行避免。
時間晃動大小的度量
具體的理論推導公式以及實驗不是筆者的重點，相關的參考文件上可以找到詳細的內容。這里借用參考材料上推論時間晃動大小度量時做的實驗模型來說明另外一個問題。如圖3所示，這是參考資料上實驗示意框圖。
圖4：時間晃動實驗測量
這里筆者需要強調的是，圖4所示的實驗，在PET系統設計中也用得到。一個PET設計完成之后，需要做大量如圖4所示的實驗，由於PET系統中探測器采用PMT，一個系統有好幾百個PMT，盡管PMT采用同一廠家同一批次，但是PMT之間的差異總是存在的，應用圖4所示的實驗需要獲取每一個PMT的光子傳輸時間信息，有了這些數據才能在后端數字處理的時候進行Time Correction補償。
結語：
由於從事的該項目尚未結題，故更多詳細的參數以及完整的電路設計還不能公布。若我有幸能夠被讀者讀到該文，甚至說讀者對此方面比較感興趣，則可以在IEEE explore等其它網站，搜索相關的外文論文，進行閱讀，如果還有問題，歡迎私信討論。
這是該鯉魚王的第一篇博客，也是一個比較冷門和乏味的領域，從此開始便開始了冒險之旅。