Common-Start

siehe auch:

getriggerte Messungen, Common-Stop, Time-to-Digital Converter (TDC), Time Tagger, Multihit), FLIM

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In der Terminologie von Time-to-Digital-Convertern (TDCs) und der Zeitintervallanalyse bezeichnet eine Common-Start-Architektur ein Messparadigma, bei dem Zeitintervalle streng relativ zu einem einzelnen, gemeinsamen Triggersignal gemessen werden. Dieses „Start“-Ereignis definiert den Nullpunkt ($t_0$) für ein darauffolgendes Messfenster (Gate), innerhalb dessen eines oder mehrere „Stop“-Ereignisse auf den jeweiligen Eingangskanälen registriert und präzise gemessen werden.

Funktionsprinzip und Multihit-Fähigkeit In typischen experimentellen Aufbauten (wie etwa bei gepulsten Lasern in der Optik oder Ionenstrahlen in der Spektrometrie) wird der initiale Anregungsimpuls auf den dedizierten Startkanal des TDCs geleitet. Die Ankunftszeiten der nachfolgenden Signale – beispielsweise von Einzelphotonendetektoren (SPADs) oder Mikrokanalplatten (MCPs) – werden hardwareseitig als relative Zeitdifferenzen ($\Delta t = t_{stop} - t_{start}$) erfasst. Hochwertige Common-Start-TDCs zeichnen sich durch eine exzellente Multihit-Fähigkeit aus. Sie können nach einem einzigen Start-Trigger tausende unabhängige Stop-Ereignisse über mehrere Kanäle hinweg verarbeiten, limitiert lediglich durch die gerätespezifische Doppelpulsauflösung (Totzeit) und interne FIFO-Puffer.

Vorteile: Datenreduktion und Durchsatz Im Gegensatz zum kontinuierlichen Time-Tagging (Continuous Mode), bei dem jedem physikalischen Ereignis ein absoluter 64-Bit-Zeitstempel zugewiesen wird, gruppiert eine Common-Start-Hardware die relevanten Stop-Ereignisse bereits auf dem FPGA bzw. ASIC. Dies reduziert die benötigte PCIe-Datenbandbreite für die Übertragung zum Host-PC drastisch und entlastet die auswertende CPU. Wissenschaftler erhalten vorkorrelierte Datenpakete, die sofort in Histogramme überführt werden können – ein entscheidender Vorteil für Hochdurchsatz-Anwendungen mit sehr hohen Repetitionsraten.

Zentrale Anwendungen Common-Start-Konfigurationen sind der Industriestandard für Flugzeitexperimente (Time-of-Flight, TOF), bei denen ein definiertes Auslöseereignis deterministisch zu verzögerten Detektionssignalen führt. Typische Einsatzgebiete umfassen:

  • Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-MS)
  • Zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung (TCSPC)
  • Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (FLIM)
  • LIDAR und optische Abstandsmessung

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Timing-Diagramm einer Common-Start-Messung mit mehreren relativen Stop-Ereignissen (Multihit) nach einem einzelnen Start-Trigger.

Abbildung 1: Bei einer Common-Start-Konfiguration werden alle eintreffenden Stop-Signale (Multihits) als relative Zeitdifferenzen (Δt) zu einem gemeinsam geteilten Start-Trigger (t₀) erfasst.

Blockschaltbild eines typischen Common-Start-Experimentaufbaus für zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung (TCSPC) mit einem cronologic TDC.

Abbildung 2: Typischer TCSPC-Aufbau. Ein Strahlteiler erzeugt den initialen Start-Trigger, während das verzögerte Fluoreszenzsignal der Probe als Stop-Ereignis dient.

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