死区时间

Dead timedeadtime也称为空载时间无信号时间空白时间,是电子电路或系统的不动作时间。

粒子侦测器中的死区时间

粒子核子物理粒子侦测器系统,dead time意指在每个事件(event)发生后,系统不能再记录接着发生的事件的那段时间[1]。就像拍照时若用闪光灯后,闪光灯需要一段时间充电,才能再拍下一张照片。dead time除了降低侦测效率外,也会有其他问题,例如在量子密码学制造漏洞等[2]

侦测系统的总dead time是因为侦测器本质上的不动作时间(例如气体离子化探测器的离子漂移时间)、类比前端的时间(例如频谱放大器的成形时间),以及资料撷取的时间(类比数位转换器的转换时间,以及读取及储存时间)的总和。

侦测器本质上的不动作时间多半是因为其物理特性所造成,例如电花室英语spark chamber在侦测到粒子之后,会有一段间不动作,直到金属板上的电位够高为止。另一种情形是侦测器在侦测到第一个粒子后,仍然可以工作,且侦测到第二个粒子,但侦测器的输出无法辨析这二个事件,因此就没有计数到第二个粒子,这称为“累计”(pile-up)事件,其对应的能量可能是二个事件能量的和。有些情形下,可以用设计来使此情形减到最低,但代价是其他的特性(例如能量分辨率)。

类比电路也可能会造成dead time,特别是成形频谱放大器需要在尽可能长的时间内(.5到10毫秒)积分一个快速上升,缓慢下降的信号,以达到最佳的分辨率,因此使用者需在事件率以及分辨率之间取舍。

触发逻辑也可能是另一个dead time的来源,若超过信号处理的时间,因为噪声造成的误触发也需列入考虑。

最后,事件的数码化、读值以及储存也会增加dead time,若像High Energy Physics实验所用到非常多通道的侦测系统,更是如此。为了减轻此影响,中大型的实验会使用复杂的管线技术以及多层触发逻辑来提升输出率[3]

从侦测系统运作的总时间内,需要扣除dead time才能得到有感时间(live time)。

电子电路中的死区时间

电子电路中的Dead timedeadtime也称为死时死区,是指开关电源系统中特定长度的不动作时间。

 
开关电源系统中的推挽式开关电路;右边的时序图中,灰影的时间区域就是禁止晶体管动作的deadtime。

开关电源系统中,Dead time是指为了避免推挽式连接或类似电路的两个晶体管开关同时导通而引入的时间。

推挽式连接的两个晶体管开关,交互地导通和关闭来改变线圈中电流的方向。为避免两个晶体管同时导通造成不要的电流浪涌英语Inrush current,控制电路在开关动作引入了deadtime特性。在deadtime期间,即使前置系统发出要另一颗晶体管导通的信号,控制电路仍保持关闭的驱动状态。


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参考资料

  1. ^ W. R. Leo. Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. Springer. 1994: 122–127. ISBN 3-540-57280-5. 
  2. ^ Weier, H.; et al. Quantum eavesdropping without interception: an attack exploiting the dead time of single-photon detectors. New Journal of Physics. 2011, 13 (7): 073024. Bibcode:2011NJPh...13g3024W. arXiv:1101.5289 . doi:10.1088/1367-2630/13/7/073024. 
  3. ^ Carena, F.; et al. ALICE DAQ and ECS Manual (PDF) (ALICE Internal Note/DAQ ALICE-INT-2010-001). December 2010 [2024-01-31]. (原始内容 (PDF)存档于2016-03-22). 
  • 吴朗. 電學電子名詞大辭典. 复汉出版社. 1982.