本發(fā)明涉及高精度時(shí)間測量領(lǐng)域，具體涉及一種皮秒精度數(shù)字采集板卡通道擴(kuò)展及實(shí)現(xiàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步離不開高精度時(shí)間測量，如醫(yī)療影像、高能物理、量子通信、熒光壽命成像、時(shí)間相關(guān)光子計(jì)數(shù)器、激光雷達(dá)等。在一些應(yīng)用中，如熒光壽命成像、醫(yī)療影響、單光子雷達(dá)成像等領(lǐng)域要求能夠?qū)崿F(xiàn)在相同的參考時(shí)刻和系統(tǒng)時(shí)鐘下進(jìn)行多通道同時(shí)測量。

2、現(xiàn)有技術(shù)中采集板卡通常是將所有時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送到上位機(jī)，然后再在上位機(jī)進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)中存在的上述缺陷或問題，提供一種皮秒精度數(shù)字采集板卡通道擴(kuò)展及實(shí)現(xiàn)裝置。

2、為達(dá)成上述目的，本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例采用如下技術(shù)方案但實(shí)施例不限于下述方案：

3、方案一，一種fpga，其適于應(yīng)用于采集板卡，所述采集板卡適于與所述通信板卡通信，所述采集板卡還包括tdc，所述tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送到fpga，fpga包括

4、直方圖統(tǒng)計(jì)模塊，其適于接收所述時(shí)間標(biāo)簽并適于對所述時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，

5、fifo模塊，其適于存儲(chǔ)所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)完成后的數(shù)據(jù)；

6、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，其適于在接收到通信板卡發(fā)出的接收指令時(shí)，將所述fifo模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述通信板卡。

7、方案二，基于方案一，所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量為2-3個(gè)，所述fifo模塊的數(shù)量與所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量相同并一一對應(yīng)，所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊為一個(gè)。

8、方案三，一種采集板卡，包括tdc和如方案一或方案二所述的一種fpga，所述tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送到fpga。

9、方案四，基于方案三，所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量為2-3個(gè)，所述fifo模塊的數(shù)量與所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量相同并一一對應(yīng)，所述tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送給各所述直方圖統(tǒng)計(jì)模塊，所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊適于在接收到通信板卡發(fā)出的接收指令時(shí)，將各所述fifo模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述通信板卡。

10、方案五，一種采集裝置，包括通信板卡和至少一個(gè)如方案三或方案四所述的采集板卡，各所述采集板卡均適于與所述通信板卡通信。

11、方案六，基于方案五，所述通信板卡包括第二fpga和usb，所述第二fpga包括一通信板數(shù)據(jù)接收模塊和一數(shù)據(jù)接收fifo，所述通信板數(shù)據(jù)接收模塊控制數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與所述數(shù)據(jù)接收fifo的邏輯關(guān)系，以將數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)接收fifo，所述usb適于將數(shù)據(jù)接收fifo存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。

12、方案七，基于方案六，還包括比較模塊、第一緩沖器、晶振和第二緩沖器，所述比較模塊適于接收輸入的trig信號，且其輸出差分信號，所述第一緩沖器適于接收所述差分信號并轉(zhuǎn)成多路輸出信號以作為每個(gè)所述采集板卡的觸發(fā)信號；所述第二緩沖器適于將所述晶振的時(shí)鐘信號轉(zhuǎn)化成多路時(shí)鐘信號，以為整個(gè)所述采集裝置提供一致的時(shí)鐘信號。

13、方案八，一種皮秒精度數(shù)字采集板卡通道擴(kuò)展及實(shí)現(xiàn)裝置，包括上位機(jī)和如方案五至方案七任一項(xiàng)所述的一種采集裝置，所述上位機(jī)適于接收所述通信板卡發(fā)出的數(shù)據(jù)。

14、方案九、一種采集方法，基于方案六或方案七所述的一種采集裝置，在一幀直方圖統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，將直方圖統(tǒng)計(jì)周期進(jìn)行n等分，n為與所述通信板卡通信的所述采集板卡的數(shù)量，在每個(gè)等分時(shí)間片內(nèi)分別控制所述數(shù)據(jù)接收fifo與其中一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊連接。

15、方案十，一種事件統(tǒng)計(jì)方法，

16、步驟1：利用采集板卡上的多通道tdc采集時(shí)間標(biāo)簽；

17、步驟2：采集板卡將每個(gè)通道采集的時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，以獲取各通道經(jīng)由直方圖統(tǒng)計(jì)后的第一數(shù)據(jù)，并將各第一數(shù)據(jù)發(fā)送；

18、步驟3：接收各通道的第一數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)接收裝置。

19、由上述對本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例的描述可知，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案及其優(yōu)選實(shí)施例由于采用如下技術(shù)手段從而具備如下有益效果：

20、1、方案一及其實(shí)施例中，一種fpga，其適于應(yīng)用于采集板卡，采集板卡適于與通信板卡通信，采集板卡還包括tdc，tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送到fpga，fpga包括直方圖統(tǒng)計(jì)模塊、fifo模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，直方圖統(tǒng)計(jì)模塊適于接收時(shí)間標(biāo)簽并適于對時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，fifo模塊適于存儲(chǔ)直方圖統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)完成后的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊適于在接收到通信板卡發(fā)出的接收指令時(shí)，將fifo模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給通信板卡；通過將直方圖統(tǒng)計(jì)功能下沉到每塊采集板卡上的fpga，當(dāng)具有多個(gè)采集板卡時(shí)，即可增加數(shù)據(jù)吞吐率。經(jīng)由直方圖統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)完后的數(shù)據(jù)，相比原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，大大減小。

21、2、方案二及其實(shí)施例中，直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量為2-3個(gè)，fifo模塊的數(shù)量與直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量相同并一一對應(yīng)，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊為一個(gè)，由于在fpga內(nèi)部進(jìn)行高速的直方圖統(tǒng)計(jì)需要用到ram資源，而每塊fpga的ram資源有限，在每塊fpga內(nèi)部進(jìn)行2-3通道的直方圖統(tǒng)計(jì)是比較合理的安排，如果進(jìn)行更多通道的直方圖統(tǒng)計(jì)，將會(huì)犧牲每個(gè)通道直方圖統(tǒng)計(jì)的bin長。

22、3、方案三及其實(shí)施例中，一種采集板卡，包括tdc和上述一種fpga，tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送到fpga，其具有上述fpga所帶來的有益效果。

23、4、方案四及其實(shí)施例中，直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量為2-3個(gè)，fifo模塊的數(shù)量與直方圖統(tǒng)計(jì)模塊的數(shù)量相同并一一對應(yīng)，tdc適于將采集到的時(shí)間標(biāo)簽發(fā)送給各直方圖統(tǒng)計(jì)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊適于在接收到通信板卡發(fā)出的接收指令時(shí)，將各fifo模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給通信板卡，其具有上述fpga所帶來的有益效果。

24、5、方案五及其實(shí)施例中，一種采集裝置，包括通信板卡和至少一個(gè)上述的采集板卡，各采集板卡均適于與通信板卡通信，其具有上述采集板卡所帶來的有益效果。

25、6、方案六及其實(shí)施例中，通信板卡包括第二fpga和usb，第二fpga包括一通信板數(shù)據(jù)接收模塊和一數(shù)據(jù)接收fifo，通信板數(shù)據(jù)接收模塊控制數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與數(shù)據(jù)接收fifo的邏輯關(guān)系，以將數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)接收fifo，實(shí)現(xiàn)緩存，usb適于將數(shù)據(jù)接收fifo存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，以使采集裝置與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。

26、7、方案七及其實(shí)施例中，比較模塊適于接收輸入的trig信號，且其輸出差分信號，第一緩沖器適于接收差分信號并轉(zhuǎn)成多路輸出信號以作為每個(gè)采集板卡的觸發(fā)信號，以同時(shí)觸發(fā)每個(gè)采集板卡，使每個(gè)采集板卡開始工作。而差分信號作為第一緩沖器的輸入，可以使第一緩沖器的輸出通道間、輸出與輸入間時(shí)間抖動(dòng)小，第二緩沖器適于將晶振的時(shí)鐘信號轉(zhuǎn)化成多路時(shí)鐘信號，以為整個(gè)采集裝置提供一致的時(shí)鐘信號，從而保證所有通道直方圖統(tǒng)計(jì)區(qū)間的完全同步。

27、8、方案八及其實(shí)施例中，一種皮秒精度數(shù)字采集板卡通道擴(kuò)展及實(shí)現(xiàn)裝置，包括上位機(jī)和上述一種采集裝置，上位機(jī)適于接收通信板卡發(fā)出的數(shù)據(jù)，其具有上述采集裝置所帶來的有益效果。

28、9、方案九及其實(shí)施例中，一種采集方法，基于方案六至方案七的一種采集裝置，在一幀直方圖統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，將直方圖統(tǒng)計(jì)周期進(jìn)行n等分，n為與通信板卡通信的采集板卡的數(shù)量，在每個(gè)等分時(shí)間片內(nèi)分別控制數(shù)據(jù)接收fifo與其中一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊連接，通過該方法可充分利用fifo資源。

29、10、方案十及其實(shí)施例中，一種事件統(tǒng)計(jì)方法，包括以下步驟，步驟1：利用采集板卡上的多通道tdc采集時(shí)間標(biāo)簽；步驟2：采集板卡將每個(gè)通道采集的時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，以獲取各通道經(jīng)由直方圖統(tǒng)計(jì)后的第一數(shù)據(jù)，并將各第一數(shù)據(jù)發(fā)送；步驟3：接收各通道的第一數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)接收裝置，通過將直方圖統(tǒng)計(jì)功能下沉到每塊采集板卡上的fpga，當(dāng)具有多個(gè)采集板卡時(shí)，即可增加數(shù)據(jù)吞吐率。