全数字化PET系统时间信号基准模块设计

１　引言

正电 子 发 射 断 层 扫 描 （Ｐｏｓｉｔｒｏｎ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＰＥＴ）技术是一种能够在无创、定量的条件下动态的评估人体内各种器官的代谢水平、生化反应和功能活动的非侵入性的造影技术。由于许多疾病在解剖发生改变和医学症状变得明显之前就能够被ＰＥＴ探测出来，因此ＰＥＴ技术已经被广泛应用于心、脑、肿瘤等疾病的早期诊断。此外，使用ＰＥＴ进行基本的生物医学研究和药物开发也得到了广泛的关注［１］。

在使用ＰＥＴ的过程中，需要对来自多个探测模块的信息进行记录、分析和比较。时间信号基准是系统的一项重要指标［２］。设计出一个高精确度的时间信号模块对于ＰＥＴ的设计和使用至关重要。在实际系统中，由于时钟信号传输路径的不同，每一路时钟信号在传输过程中的时间延迟是不同的。在高频工作系统中，使用时钟信号的系统元件输入端将会存在时间延迟，影响系统的正常工作。对于多路时钟信号，时钟信号之间的相位差是高频工作系统中许多问题的根源［３～４］。在以往的时钟分配模块一般采用通过配置ＦＰＧＡ来直接输出时钟信号，用这种实现方法实现输出的时钟信号一般有１００ｐｓ～２００ｐｓ的随机抖动［５］。而全数字化ＰＥＴ系统对时钟信号所要求的精度为抖动不大于１０ｐｓ，因而采用ＦＰＧＡ实现输出的时钟信号不能满足全数字化ＰＥＴ系统的要求。在考虑了多款芯片和 多 种 实 现 方 法 后，本 文 采 用 了ＦＰＧＡ和ＡＤ９５１６－４芯片来实现所需功能的方法。ＡＤ９５１６－４芯片的输出信号的随机抖动值在０．４ｐｓ左右，可以很好的满足了全数字化ＰＥＴ系统对时钟信号的要求。因此可以看出，在精确程度和工作稳定上，传统方法和本文采用的方法相比都有所欠缺，本文设计的这种时钟分配模块将具有更加优异的工作性能，能够完全满足ＰＥＴ对时间信号基准的要求。同时由于ＦＰＧＡ具有良好的可编程性，在使用过程中还可以根据ＰＥＴ系统的需要，通过对ＦＰＧＡ写入程序而随时对输出时间信号的频率进行调整。

２　系统设计

２．１　ＡＤ９５１６－４芯片简介

ＡＤ９５１６－４是Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅ公司生产的一款可以 用 来 进 行 多 路 时 钟 信 号 输 出 的 芯 片。ＡＤ９５１６－４所具有的低抖动和低相噪可以最大化数据转换器的表现，同时能使对相噪和抖动有要求的应用受益。ＡＤ９５１６－４的片上锁相环的频率范围从１．４５ＧＨｚ～１．８０ＧＨｚ，并可选择性的使用最高频率为２．４ＧＨｚ的外部压控振荡器。ＡＤ９５１６－４可以用来实现６路最高频率为１．６ＧＨｚ的ＬＶＰＥＣＬ输出，和４路最高输出频率为８００ＭＨｚ的ＬＶＤＳ输出，每路ＬＶＤＳ输出可选为两通道ＣＯＭＳ输出，每路最高频率为２５０ＭＨｚ。ＬＶＰＥＣＬ输出允许分频器最大范围为３２，ＬＶＤＳ输出允许分频器最大范围为１０２４［６］。本文所设计的方案将采用ＬＶＤＳ输出。