多通道大量程高精度事件计时器关键技术研究
发布时间：2021-04-21 07:48
事件计时器用于将事件发生的时间信息转换为数字量,其核心技术是时间数字转换器（Time-to-Digital Converter,TDC）,事件计时器广泛应用于航空航天、量子通信实验、激光雷达测距等领域。事件计时器的精度与这些领域的技术水平密切相关,某些应用场合需要多通道事件计时器并行测量来提高效率。多通道大量程高精度事件计时器是通过同一设备同时测量多个通道事件发生的时刻信息,与单通道事件计时器相比能适应多通道计时需求,有效减小系统的体积和重量。针对多通道大量程高精度事件计时器需求对TDC的常用设计方法进行分析,采用粗细结合的方式实现多通道大量程高精度TDC设计。粗计数利用系统时钟直接计数获得,细计数由抽头延迟链设计。本文根据实验室现有的实验平台,使用Xilinx Aritex-7内部的专用进位链单元（CARRY4）构造延迟链,针对专用进位链固有的超前进位特性引起的“冒泡”现象,对抽头的序号进行了重新排序。为了提高编码效率,本文采用了折半查找法将温度计码转为二进制码。为了降低工艺、电压、温度对延迟链时延的影响,本文采用码密度测试对细计数进行校准,并采用片上环形震荡器来检测时延的变化以实时...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
第1章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外事件计时器发展现状
1.2.2 国内事件计时器发展现状
1.2.3 国内外时间间隔测量技术发展现状
1.3 课题预期指标及论文章节安排
1.4 本章小结
第2章 多通道大量程高精度实践计时器原理
2.1 多通道事件计时器原理
2.2 高精度时间间隔测量技术
2.2.1 时间扩展法
2.2.2 时间幅度转换法
2.2.3 游标法
2.2.4 时钟相移采样法
2.2.5 抽头延迟链法
2.3 常见时间间隔测量技术对比
2.4 本章小结
第3章 基于FPGA的多通道TDC核设计与实现
3.1 FPGA简介
3.1.1 FPGA结构
3.1.2 FPGA开发流程
3.2 TDC核总体设计方案
3.3 粗计数单元
3.4 细计数单元
3.4.1 进位链模块
3.4.2 编码器模块
3.4.3 校准电路模块
3.5 多通道TDC核设计与实现
3.6 本章小结
第4章 TDC数据通信
4.1 SPI简介
4.2 基于Wishbone总线协议的SPI核与TDC核设计
4.3 系统软件设计
4.4 本章小结
第5章 系统验证与性能分析
5.1 系统资源消耗
5.2 系统功耗
5.3 系统验证平台
5.4 TDC性能分析
5.4.1 量程
5.4.2 死时间
5.4.3 TDC分辨率及非线性分析
5.4.4 TDC精度
5.4.5 TDC误差分析
5.4.6 在线温度补偿效果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度事件计时器及其在卫星激光测距应用[J]. 秦思,吴志波,张海峰,张忠萍. 激光与红外. 2019(04)
[2]基于FPGA的串行总线设计[J]. 廉昊鹏,李志. 智库时代. 2019(02)
[3]基于FPGA的TDC设计及非线性校正[J]. 金博存,杨瑞强. 真空与低温. 2018(05)
[4]基于TDC7201芯片的高精度激光脉冲飞行时间测量模块研究[J]. 汪佳佳,刘鸿彬,李铭,张冰娜. 红外. 2018(05)
[5]一种基于EDA技术的I2C总线设计方法[J]. 罗永珍,李建微. 有线电视技术. 2017(09)
[6]TOT measurement implemented in FPGA TDC[J]. 范欢欢,曹平,刘树彬,安琪. Chinese Physics C. 2015(11)
[7]基于FPGA的时间数字转换器的编码器[J]. 周磊,王春娥. 盐城工学院学报(自然科学版). 2015(02)
[8]基于码密度法的时间数字转换器非线性校正方法研究[J]. 贾云飞,钟志鹏,许孟强,康金. 测控技术. 2015(01)
[9]一种多输入情况下FPGA跨时钟域的解决方法[J]. 王娜,孙钰林,袁素春,郑晶晶. 空间电子技术. 2014(04)
[10]FPGA设计中的跨时钟域问题[J]. 俞帆,张伟欣. 现代电子技术. 2014(07)
博士论文
[1]基于FPGA高精度TDC设计与应用研究[D]. 尹俊.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
[2]基于FPGA的时间数字转换电路的若干关键技术的研究[D]. 范欢欢.中国科学技术大学 2015
[3]量子通信中的精密时间测量技术研究[D]. 沈奇.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]高精度事件计时器研究与设计[D]. 饶子兵.电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的高效率时间数字转换器设计[D]. 王建利.杭州电子科技大学 2019
[3]基于FPGA与TDC-GPX2的精密时间间隔计数器设计实现[D]. 闫菲菲.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2018
[4]量度与数作为时间的两个面向及其相关困难[D]. 金凯.兰州大学 2018
[5]高精度时间计时器软件设计[D]. 李雅琳.电子科技大学 2017
[6]基于FPGA的时钟相移TDC设计与实现[D]. 李捷.重庆邮电大学 2016
[7]基于FPGA的高精度、多通道时间数字转换器设计[D]. 董永孟.重庆邮电大学 2016
[8]基于TDC测量时间间隔的精度的探索和研究[D]. 魏晓飞.北京邮电大学 2016
[9]多通道高精度时间标记器研制[D]. 樊多盛.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2014
[10]基于MicroBlaze的嵌入式系统设计[D]. 巫忠正.南京理工大学 2014
本文编号：3151369
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
第1章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外事件计时器发展现状
1.2.2 国内事件计时器发展现状
1.2.3 国内外时间间隔测量技术发展现状
1.3 课题预期指标及论文章节安排
1.4 本章小结
第2章 多通道大量程高精度实践计时器原理
2.1 多通道事件计时器原理
2.2 高精度时间间隔测量技术
2.2.1 时间扩展法
2.2.2 时间幅度转换法
2.2.3 游标法
2.2.4 时钟相移采样法
2.2.5 抽头延迟链法
2.3 常见时间间隔测量技术对比
2.4 本章小结
第3章 基于FPGA的多通道TDC核设计与实现
3.1 FPGA简介
3.1.1 FPGA结构
3.1.2 FPGA开发流程
3.2 TDC核总体设计方案
3.3 粗计数单元
3.4 细计数单元
3.4.1 进位链模块
3.4.2 编码器模块
3.4.3 校准电路模块
3.5 多通道TDC核设计与实现
3.6 本章小结
第4章 TDC数据通信
4.1 SPI简介
4.2 基于Wishbone总线协议的SPI核与TDC核设计
4.3 系统软件设计
4.4 本章小结
第5章 系统验证与性能分析
5.1 系统资源消耗
5.2 系统功耗
5.3 系统验证平台
5.4 TDC性能分析
5.4.1 量程
5.4.2 死时间
5.4.3 TDC分辨率及非线性分析
5.4.4 TDC精度
5.4.5 TDC误差分析
5.4.6 在线温度补偿效果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度事件计时器及其在卫星激光测距应用[J]. 秦思,吴志波,张海峰,张忠萍. 激光与红外. 2019(04)
[2]基于FPGA的串行总线设计[J]. 廉昊鹏,李志. 智库时代. 2019(02)
[3]基于FPGA的TDC设计及非线性校正[J]. 金博存,杨瑞强. 真空与低温. 2018(05)
[4]基于TDC7201芯片的高精度激光脉冲飞行时间测量模块研究[J]. 汪佳佳,刘鸿彬,李铭,张冰娜. 红外. 2018(05)
[5]一种基于EDA技术的I2C总线设计方法[J]. 罗永珍,李建微. 有线电视技术. 2017(09)
[6]TOT measurement implemented in FPGA TDC[J]. 范欢欢,曹平,刘树彬,安琪. Chinese Physics C. 2015(11)
[7]基于FPGA的时间数字转换器的编码器[J]. 周磊,王春娥. 盐城工学院学报(自然科学版). 2015(02)
[8]基于码密度法的时间数字转换器非线性校正方法研究[J]. 贾云飞,钟志鹏,许孟强,康金. 测控技术. 2015(01)
[9]一种多输入情况下FPGA跨时钟域的解决方法[J]. 王娜,孙钰林,袁素春,郑晶晶. 空间电子技术. 2014(04)
[10]FPGA设计中的跨时钟域问题[J]. 俞帆,张伟欣. 现代电子技术. 2014(07)
博士论文
[1]基于FPGA高精度TDC设计与应用研究[D]. 尹俊.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
[2]基于FPGA的时间数字转换电路的若干关键技术的研究[D]. 范欢欢.中国科学技术大学 2015
[3]量子通信中的精密时间测量技术研究[D]. 沈奇.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]高精度事件计时器研究与设计[D]. 饶子兵.电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的高效率时间数字转换器设计[D]. 王建利.杭州电子科技大学 2019
[3]基于FPGA与TDC-GPX2的精密时间间隔计数器设计实现[D]. 闫菲菲.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2018
[4]量度与数作为时间的两个面向及其相关困难[D]. 金凯.兰州大学 2018
[5]高精度时间计时器软件设计[D]. 李雅琳.电子科技大学 2017
[6]基于FPGA的时钟相移TDC设计与实现[D]. 李捷.重庆邮电大学 2016
[7]基于FPGA的高精度、多通道时间数字转换器设计[D]. 董永孟.重庆邮电大学 2016
[8]基于TDC测量时间间隔的精度的探索和研究[D]. 魏晓飞.北京邮电大学 2016
[9]多通道高精度时间标记器研制[D]. 樊多盛.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2014
[10]基于MicroBlaze的嵌入式系统设计[D]. 巫忠正.南京理工大学 2014
本文编号：3151369
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