比较器检测模拟脉冲说明（二）
概述
说明（一）主要为了简单阐释比较器检测模拟脉冲时，如何获得更佳的CTR测量值，本文接下来介绍在SiPM读出测试系统不断迭代过程中，对于比较器性能的要求更加具体，并最终确定系统对比较器指标需求。
SiPM读出测试系统中高速比较器
在笔者多年之前的几篇博文比如《恒比定时甄别器（CFD）电路具体实现探讨》中有提到使用过比较器，SiPM读出系统初代，就是延续上一代PMT原型机系统，所以高速比较器继续使用之前的型号，即美信的MAX9601EUP，其关键指标如下。
- 500ps传播延迟
- 通道间传播延迟最小偏差是10ps
- 追踪频率4GHz
最初开展SiPM测试系统设计的时候，比较器这块，主要还是集中关注上述指标，而且经过了PMT系统的验证，MAX9601EUP性能得到了很好的验证。但是经过几代SiPM读出测试系统的迭代，使我们认识到这款比较器对于获得更佳CTR时的缺陷，后面具体描述这些“缺陷”。
比较器输入端操作区别
基于PMT的PET系统在对时间信号检出的时候，分别使用了CFD（Constant Fraction Timing）和LED（前沿甄别）方式。SiPM读出测试系统则只选择使用LED方式。但是二者使用LED时还是有些许差别，主要在于比较器输入级。PMT系统在检出时间脉冲的时候，并未要求具体的参考阈值，所以当时更多的关注于脉冲的检出。而SiPM读出系统，除了关注脉冲的检出，更加着重关注检出脉冲的时间精度。如图1所示，SiPM的快速时间脉冲的基线要求严苛，这样可以确保高速比较器可以在检出该脉冲的时候施加更低的参考阈值电压。可以看到图1中绿线所示的快速时间脉冲基线噪声被控制在1mV以内了，所以理论上参考阈值电压可以设置到1mV以内。而12-bit的DAC可以确保DAC设置最小步进为0.3mV。
在之前的文章《三代SiPM测试板振铃问题记录》中，提到在三代测试系统中，比较器在参考阈值设置较低时造成了严重的振铃问题。这在PMT系统中从未发生过，通过分析，之所以在PMT系统中并未出现振铃，是因为当时并未使用如此之低的参考阈值电平。那为何参考阈值低到一定程度就会带来了振铃问题呢？而高于这个水平的阈值又能安全使用？这应该是就是高速比较器使用不当带来的问题。
通过分析，我们认为是由于比较器与后级电路连接的时候，接收侧端接不完美带来了此问题。所以在进行第四次迭代的时候，主要针对上文提到的振铃问题进行完善。另外，为何参考阈值设置更低时会带来振铃问题，是否间接验证了在《比较器检测模拟脉冲说明（一）》中提到的参考阈值电压设置越低，会给系统带来更佳的CTR测试结果。因为，参考阈值电压设置越低，检测的信号频率更高，脉冲前沿上升时间更短、更快。
那么，所谓的端接非完美到底是个什么问题呢，如图2所示，比较器的PECL差分输出与后级单端ECL互联的时候，进行了完美的端接。而我们的PMT还是SiPM读出测试系统仅在发送端，即比较器输出侧，施加了Y型端接处理，而在后级接收侧并未进行任何端接处理。
如图3所示，如果三代，及之前版本，比较器与后级端接不完美，那么比较器在较高参考阈值电压情况下工作是没有太大问题的。而一旦参考阈值电压设置较低时，就会出现前文提到的振铃问题。
那么是否进行了完美端接后，电路就可以正常工作了呢？答案是否定的。这确实出乎了我们的预料。完美端接后，参考阈值甚至不能安全地设置比三代更低。那么到底是出现了什么问题呢？其实可以在图3上发现些许端倪，即比较器输出脉冲下降沿有额外的台阶出现。由于出现了此额外的“台阶”问题，所以当参考阈值电压设置更低的时候，该“台阶”可能会变得更高、更长，这样与后级元件产生不可预知的不利影响，导致输出脉冲拉高后无法拉低，如图4所示。
[1] Development of Multi-Channel Fast SiPM Readout Electronics for Clinical TOF PET Detector[2] MAXIM, Dual ECL and Dual/Quad PECL, 500ps, Ultra-High-Speed Comparators
