基于时间放大技术的时间数字转换器的设计与实现
发布时间：2022-01-14 02:59
近年来,由于工程、科学、医学和娱乐领域的巨大需求,高性能三维（3-Dimension,3D）成像技术引起了人们的广泛关注。在三维应用中,如机器人技术、生物识别技术、安全监控等,需要同时提取二维图像和场景的三维深度图像,因此,如何实现高精度、高效率地测量距离信息,已经成为三维成像技术发展的关键。其中3D成像距离测量中最有优势的方法之一是直接飞行时间测距方法（Time-of-flight,TOF）,其测量原理是光源给目标物体发射连续的脉冲光,然后使用传感器接收从目标物体反射回来的脉冲光,在已知光速的前提下,通过计量脉冲光的飞行时间从而推出目标物体的距离信息。实际中,这个距离信息的获取是通过相应的测量电路来进行的。所以,对于采用直接飞行时间测距原理的时间间隔测量电路的深入研究意义重大。本文主要从事基于直接飞行时间测距技术的时间数字传感器的研究,目的是为了实现三维测距芯片对于高精度、高集成度、低功耗和低成本、便携化等性能要求。本文首先阐述了各类时间数字传感器的工作原理,其次对其基础结构和各项性能指标进行了详细说明,最后选择对基于时间放大技术（TimeAmplifier,TA）的两步式时间数字传...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析（英文）[J]. 杨佳,金湘亮,杨红姣,汤丽珍,刘维辉. 红外与毫米波学报. 2016(04)
[2]一种应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计[J]. 高源培,李巍. 复旦学报(自然科学版). 2015(02)
[3]时间-数字转换器研究综述[J]. 罗敏,宫月红,喻明艳. 微电子学. 2014(03)
[4]基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管的盖革模式仿真[J]. 王成,孟丽娅,王庆祥,闫旭亮. 半导体技术. 2014(04)
[5]基于进位链的多通道时间数字转换器[J]. 潘维斌,龚光华,李荐民. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[6]FPGA的车载防撞雷达系统的设计与实现[J]. 蒋留兵,沈翰宁,林和昀,柴林峰,黄韬. 火力与指挥控制. 2013(08)
[7]基于CPLD的高精度时间数字转换器的设计[J]. 王加祥,曹闹昌. 仪表技术与传感器. 2013(08)
[8]基于T-V转换的极短时间间隔测量方法[J]. 王鹏,景新幸,冯卫. 桂林电子科技大学学报. 2013(02)
[9]激光测距技术探究[J]. 李秀华,庄新,宋立明. 长春工程学院学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于TDC-GP2的时间间隔测量模块研究[J]. 马小燕. 机电信息. 2012(36)
硕士论文
[1]时间数字转换器的设计与应用研究[D]. 汤丽珍.湘潭大学 2016
[2]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
[3]全数字锁相环中的时间数字转换器研究与设计[D]. 刘晓露.复旦大学 2013
[4]内插型时间数字转换器设计[D]. 张根苗.湖南大学 2013
[5]高分辨率数字时间转换器的设计[D]. 宗士新.哈尔滨工业大学 2012
[6]游标型时间数字转换器的研究与设计[D]. 田中一.哈尔滨工业大学 2012
[7]基于延迟锁定环的TDC的设计[D]. 李根.哈尔滨工业大学 2012
[8]应用于SoC的全数字锁相环设计[D]. 王子青.天津大学 2010
[9]一种新型伪流水线时间—数字转换器系统建模与关键技术的研究[D]. 佟宝丽.复旦大学 2010
[10]一种基于TDC的时间间隔测量方法的研究[D]. 罗尊旺.西安电子科技大学 2009
本文编号：3587671
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?３?ＴＤＣ微分非线性度示意图??图２．３中虚线是理想情况下的输入－输出特性曲线，线是际入－，??
?图２．?８粗－细两步式ＴＤＣ时序??粗计时器是６ｂｉｔ的异步计数器如图２．９所示，其基本ｉ十时单元是带清零功能的边沿??触发型Ｄ触发器，其输出结果是可直接读取的二进制码。??＾－＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?〇??ＸＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ?－２－??ＣＬＫ??——＝ＣＬＫ＿??ＣＬＫ＿??ＣＬＫ一?￣？＝?ＣＬＫ一??ＣＬＫ＿??｜ＣＬＫ＿??—Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一「Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一「Ｄ?Ｑ’一??图２．?９粗计时器电路结构示意图??细插值器由１６个延迟单元组成的延时涟构成，如图２．１０所示，将一个参考时钟周??期分成了?１６等分。接口电路的输出是细插值器的输入，其输出是１６位的温度计码，需??要被转换成４位二进制代码，再与粗计数器的６位计数结果结合，实现ｌＯｂｉｔ的ＴＤＣ。??Ｉ?ＳＴＯＰ＿Ｆ?：?ＳＴＯＰ＿Ｆ?ＳＴＯＰ＿Ｆ??．．．．．??ｉｎ＿?ｙｉ?ｆ－［Ｘ｜Ｎ＾??ｒＶｐｖｈ??ＳＴＯＰＪＦ?ｊ?ＳＴＯＰ?Ｆ?ＳＴ０Ｐ＿Ｆ????Ｊ??图２．?１０细插值器电路结构示意图??两步式结构实现了相对较高的时间精度和较宽的动态范围［３９］，但为了更一步提高时??间分辨率的话，需要延长细计时器的延时链从而使得芯片面积剧增，并且粗计时器的动??态范围也与参考时钟频率相关，如果参考时钟频率过高，虽然时间精度会升高，但是动??态范围会减小
??图２．?８粗－细两步式ＴＤＣ时序??粗计时器是６ｂｉｔ的异步计数器如图２．９所示，其基本ｉ十时单元是带清零功能的边沿??触发型Ｄ触发器，其输出结果是可直接读取的二进制码。??＾－＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?〇??ＸＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ??＞ＣＬＫ?Ｑ?－２－??ＣＬＫ??——＝ＣＬＫ＿??ＣＬＫ＿??ＣＬＫ一?￣？＝?ＣＬＫ一??ＣＬＫ＿??｜ＣＬＫ＿??—Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一「Ｄ?Ｑ’一?一?Ｄ?Ｑ’一「Ｄ?Ｑ’一??图２．?９粗计时器电路结构示意图??细插值器由１６个延迟单元组成的延时涟构成，如图２．１０所示，将一个参考时钟周??期分成了?１６等分。接口电路的输出是细插值器的输入，其输出是１６位的温度计码，需??要被转换成４位二进制代码，再与粗计数器的６位计数结果结合，实现ｌＯｂｉｔ的ＴＤＣ。??Ｉ?ＳＴＯＰ＿Ｆ?：?ＳＴＯＰ＿Ｆ?ＳＴＯＰ＿Ｆ??．．．．．??ｉｎ＿?ｙｉ?ｆ－［Ｘ｜Ｎ＾??ｒＶｐｖｈ??ＳＴＯＰＪＦ?ｊ?ＳＴＯＰ?Ｆ?ＳＴ０Ｐ＿Ｆ????Ｊ??图２．?１０细插值器电路结构示意图??两步式结构实现了相对较高的时间精度和较宽的动态范围［３９］，但为了更一步提高时??间分辨率的话，需要延长细计时器的延时链从而使得芯片面积剧增，并且粗计时器的动??态范围也与参考时钟频率相关
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析（英文）[J]. 杨佳,金湘亮,杨红姣,汤丽珍,刘维辉. 红外与毫米波学报. 2016(04)
[2]一种应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计[J]. 高源培,李巍. 复旦学报(自然科学版). 2015(02)
[3]时间-数字转换器研究综述[J]. 罗敏,宫月红,喻明艳. 微电子学. 2014(03)
[4]基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管的盖革模式仿真[J]. 王成,孟丽娅,王庆祥,闫旭亮. 半导体技术. 2014(04)
[5]基于进位链的多通道时间数字转换器[J]. 潘维斌,龚光华,李荐民. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[6]FPGA的车载防撞雷达系统的设计与实现[J]. 蒋留兵,沈翰宁,林和昀,柴林峰,黄韬. 火力与指挥控制. 2013(08)
[7]基于CPLD的高精度时间数字转换器的设计[J]. 王加祥,曹闹昌. 仪表技术与传感器. 2013(08)
[8]基于T-V转换的极短时间间隔测量方法[J]. 王鹏,景新幸,冯卫. 桂林电子科技大学学报. 2013(02)
[9]激光测距技术探究[J]. 李秀华,庄新,宋立明. 长春工程学院学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于TDC-GP2的时间间隔测量模块研究[J]. 马小燕. 机电信息. 2012(36)
硕士论文
[1]时间数字转换器的设计与应用研究[D]. 汤丽珍.湘潭大学 2016
[2]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
[3]全数字锁相环中的时间数字转换器研究与设计[D]. 刘晓露.复旦大学 2013
[4]内插型时间数字转换器设计[D]. 张根苗.湖南大学 2013
[5]高分辨率数字时间转换器的设计[D]. 宗士新.哈尔滨工业大学 2012
[6]游标型时间数字转换器的研究与设计[D]. 田中一.哈尔滨工业大学 2012
[7]基于延迟锁定环的TDC的设计[D]. 李根.哈尔滨工业大学 2012
[8]应用于SoC的全数字锁相环设计[D]. 王子青.天津大学 2010
[9]一种新型伪流水线时间—数字转换器系统建模与关键技术的研究[D]. 佟宝丽.复旦大学 2010
[10]一种基于TDC的时间间隔测量方法的研究[D]. 罗尊旺.西安电子科技大学 2009
本文编号：3587671
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