基于FPGA高精度TDC设计与应用研究
发布时间：2021-04-10 22:54
时间测量技术在核物理实验、大科学装置以及数字通信、航空航天、导航定位等领域都得到广泛的研究与应用。经过多年的发展,时间测量技术从最初由分立元件搭建的模拟电路时间测量方式,到使用专用时间间隔测量芯片,以及近些年蓬勃发展的基于FPGA设计的时间数字转换电路,时间测量的精度越来越高,测量方式更加灵活,能够满足各类物理实验以及工程应用的要求。为实现对次级带电宇宙射线的测量研究,中国科学院近代物理研究所设计了一款小型宇宙线探测仪。该装置需要精确测量簇射粒子的到达时间,从而获得较好的宇宙线入射角分辨。同时对粒子脉冲的前沿/后沿时间进行准确鉴别,以获取粒子在灵敏探测体中的能损以及粒子衰变时间。宇宙线测量实验要求时间测量精度达到500ps以下,并且在一次脉冲事件中同时完成对粒子事件的精确符合以及脉冲过阈时间测量。使用传统分立元件能够实现较高的时间分辨,但是不能满足事件符合测量的要求,而使用专用时间测量ASIC芯片会导致成本过高,不利于将该探测装置进行大范围推广。在工程应用方面,兰州重离子加速器国家实验室研究人员在环形加速器间的踢轨控制系统设计中提出Barrier Bucket束流快引出与注入方式。这种...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
测量精度随核心电压的变化关系
图 1.2 测量精度随温度的变化关系Figure 1.2 The relationship between measurement accuracy and temperatureDC-GPX 的手册对精度可调模式进行如下解释：首先用户可以先配置好望的精度。TDC-GPX 提供一个相位波形输出引脚用于控制并调节向芯片核心供电模块的输出电压，例如 ACAM 推荐使用 LM1117 来给芯片供电的原理就是TDC-GPX根据内部精度的变化会在相位波形输出引脚上输出调的 PWM 波，该引脚接到外部 LM1117 的 ADJ 引脚上用于控制 LM1117 ，这样就使得核心供电电压与温度的平衡从而达到精度固定，保证精度不变化的影响。于FPGA具有在线可重复编程特性使基于FPGA的设计具有极强的灵活扩展性，尤其是近年来 FPGA 技术的快速发展以及性价比不断提高，使得PGA 设计全数字化时间-数字转换器不仅可以达到较高的时间分辨率，同
或多个信号之间的时间间隔，以此发展无论使用这两种技术中的哪一种，时间待测的信号时刻或时间间隔进行数字。在后期的实验数据处理时，通过这些息。的转换与模拟量到数字量的转换过程字量呈线性关系，如图 2.1 中虚线所示一样，都使用了一定精度的量化单元时间到对应二进制数据的输出曲线是采用量化单元的精度、制作的工艺、环的实际量化曲线并不是从零开始的满的差异可以使用时间分辨率（LeastSi及微分/积分非线性(DNL/INL)、增益
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的时间间隔测量设计与实现[J]. 魏煜秦,孔洁,杨海波,赵红赟,千奕,佘乾顺,陈金达,李良辉,苏弘. 原子能科学技术. 2017(10)
[2]宇宙线μ子角分布探测装置构建[J]. 王晓添,楼建玲,过惠平,赵括,吕汶辉,侯毅杰. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[3]小型宇宙射线探测仪的模拟和测量[J]. 王荣,韩成栋,张亚鹏,赵凤仪,李瑶,付强,尹俊,倪发福,王彦瑜,张鹏鸣,陈旭荣. 原子核物理评论. 2016(03)
[4]一种新的宇宙线μ子寿命测量实验电子学系统设计[J]. 霍文驹,梁昊. 核电子学与探测技术. 2016(05)
[5]基于浏览器的Kicker踢轨控制系统软件设计[J]. 罗金富,王彦瑜,周文雄. 原子核物理评论. 2015(01)
[6]基于FPGA的时间间隔测量系统的设计[J]. 瞿鑫,吴云峰,江桓,李华栋,郑天策. 电子器件. 2013(06)
[7]利用传输线延迟特性实现时间测量[J]. 刘渝,李姣,甘艺. 电子信息对抗技术. 2013(04)
[8]时间间隔分析法在放射性测量中的应用[J]. 张勇,马雄楠,李园,路小军,张艾明. 核电子学与探测技术. 2013(06)
[9]Kicker磁铁电源控制系统设计[J]. 郭玉辉,王彦瑜,周德泰,刘伍丰. 原子能科学技术. 2013(06)
[10]超高能宇宙线大气簇射平均纵向发展曲线的测量(英文)[J]. 张丙开. 天文研究与技术. 2011(03)
博士论文
[1]基于FPGA的精密时间—数字转换电路研究[D]. 宋健.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA进位链的高精度测时仪研制[D]. 许孟强.南京理工大学 2014
[2]基于FPGA的短时间间隔产生技术研究[D]. 曾宪雄.西安电子科技大学 2013
[3]基于LUT的FPGA工艺映射优化[D]. 黄飞鸿.西安电子科技大学 2010
[4]实时信道模拟系统中关键技术的研究与实现[D]. 何翔.电子科技大学 2004
本文编号：3130481
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
测量精度随核心电压的变化关系
图 1.2 测量精度随温度的变化关系Figure 1.2 The relationship between measurement accuracy and temperatureDC-GPX 的手册对精度可调模式进行如下解释：首先用户可以先配置好望的精度。TDC-GPX 提供一个相位波形输出引脚用于控制并调节向芯片核心供电模块的输出电压，例如 ACAM 推荐使用 LM1117 来给芯片供电的原理就是TDC-GPX根据内部精度的变化会在相位波形输出引脚上输出调的 PWM 波，该引脚接到外部 LM1117 的 ADJ 引脚上用于控制 LM1117 ，这样就使得核心供电电压与温度的平衡从而达到精度固定，保证精度不变化的影响。于FPGA具有在线可重复编程特性使基于FPGA的设计具有极强的灵活扩展性，尤其是近年来 FPGA 技术的快速发展以及性价比不断提高，使得PGA 设计全数字化时间-数字转换器不仅可以达到较高的时间分辨率，同
或多个信号之间的时间间隔，以此发展无论使用这两种技术中的哪一种，时间待测的信号时刻或时间间隔进行数字。在后期的实验数据处理时，通过这些息。的转换与模拟量到数字量的转换过程字量呈线性关系，如图 2.1 中虚线所示一样，都使用了一定精度的量化单元时间到对应二进制数据的输出曲线是采用量化单元的精度、制作的工艺、环的实际量化曲线并不是从零开始的满的差异可以使用时间分辨率（LeastSi及微分/积分非线性(DNL/INL)、增益
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的时间间隔测量设计与实现[J]. 魏煜秦,孔洁,杨海波,赵红赟,千奕,佘乾顺,陈金达,李良辉,苏弘. 原子能科学技术. 2017(10)
[2]宇宙线μ子角分布探测装置构建[J]. 王晓添,楼建玲,过惠平,赵括,吕汶辉,侯毅杰. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[3]小型宇宙射线探测仪的模拟和测量[J]. 王荣,韩成栋,张亚鹏,赵凤仪,李瑶,付强,尹俊,倪发福,王彦瑜,张鹏鸣,陈旭荣. 原子核物理评论. 2016(03)
[4]一种新的宇宙线μ子寿命测量实验电子学系统设计[J]. 霍文驹,梁昊. 核电子学与探测技术. 2016(05)
[5]基于浏览器的Kicker踢轨控制系统软件设计[J]. 罗金富,王彦瑜,周文雄. 原子核物理评论. 2015(01)
[6]基于FPGA的时间间隔测量系统的设计[J]. 瞿鑫,吴云峰,江桓,李华栋,郑天策. 电子器件. 2013(06)
[7]利用传输线延迟特性实现时间测量[J]. 刘渝,李姣,甘艺. 电子信息对抗技术. 2013(04)
[8]时间间隔分析法在放射性测量中的应用[J]. 张勇,马雄楠,李园,路小军,张艾明. 核电子学与探测技术. 2013(06)
[9]Kicker磁铁电源控制系统设计[J]. 郭玉辉,王彦瑜,周德泰,刘伍丰. 原子能科学技术. 2013(06)
[10]超高能宇宙线大气簇射平均纵向发展曲线的测量(英文)[J]. 张丙开. 天文研究与技术. 2011(03)
博士论文
[1]基于FPGA的精密时间—数字转换电路研究[D]. 宋健.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA进位链的高精度测时仪研制[D]. 许孟强.南京理工大学 2014
[2]基于FPGA的短时间间隔产生技术研究[D]. 曾宪雄.西安电子科技大学 2013
[3]基于LUT的FPGA工艺映射优化[D]. 黄飞鸿.西安电子科技大学 2010
[4]实时信道模拟系统中关键技术的研究与实现[D]. 何翔.电子科技大学 2004
本文编号：3130481
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3130481.html
