在國際單位制的七個基本物理量中,時間量是最基本的,與其他物理量相比,時間量具有更高的普遍性、高精度測量性以及廣泛性,為了探究某些物理量,常將他們轉(zhuǎn)換為時間量進(jìn)行分析,而TDC（Time-to-Digital Converter,時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器）能夠?qū)⑦B續(xù)的時間信號轉(zhuǎn)換成便于測量的離散數(shù)字信號,對兩個異步信號之間的時間間隔進(jìn)行測量。TDC以其優(yōu)越的性能和高精度測量應(yīng)用于許多領(lǐng)域,如激光測距領(lǐng)域、電子測量領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、高能物理領(lǐng)域等。在高精度測量領(lǐng)域,往往要求TDC達(dá)到ps級的精度,高性能TDC的研究就顯得尤為重要。近年來,在對TDC的研究中,實現(xiàn)TDC的主要方法有:Flash單延時鏈法、Vernier雙延時鏈法。目前的TDC結(jié)構(gòu)多為單一模式或者兩段式結(jié)構(gòu),在實現(xiàn)ps級精度時,為節(jié)省面積,其能達(dá)到的動態(tài)范圍多為ns級。因而,同時滿足高精度和高動態(tài)范圍要求一直是TDC研究的瓶頸,也是TDC發(fā)展的方向。此外,TDC的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也是研究過程中需要考慮的重要因素。本論文針對目前TDC的研究瓶頸和發(fā)展方向,依據(jù)目前TDC的組合原理,提出了基于DLL（Delay-Locked Loop,延時鎖相... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

TDSP系統(tǒng)信號處理過程

第2章TDC的原理和方法6第2章TDC原理和方法TDC是連接模擬世界與數(shù)字世界的橋梁之一，完成連續(xù)的時間信號與離散的數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)化，能夠測量兩個異步信號之間的時間間隔，正由于這一特性，TDC被應(yīng)用于各種領(lǐng)域，本章將從以下方面進(jìn)行闡述，首先介紹TDC的測量原理，細(xì)致講解TDC的工作方式；其次，介紹了目前主流的單一模式下TDC的實現(xiàn)方法，進(jìn)而拓展到TDC的組合方式原理，為后續(xù)的闡述提供理論基矗2.1TDC的工作原理本節(jié)主要對單一模式TDC的操作原理進(jìn)行闡述，介紹了TDC的輸入輸出特性，討論了TDC是如何對一個時間間隔進(jìn)行測量的。TDC從一定意義上來說是一種特殊的ADC，兩者的原理是相通的，在TDC的發(fā)展過程中，就已經(jīng)出現(xiàn)過很多與ADC相似的架構(gòu)，如兩步式結(jié)構(gòu)、Sigma-Delta結(jié)構(gòu)、Pipeline結(jié)構(gòu)等[18]。TDC和ADC的靜態(tài)輸入輸出特性如圖2.1所示，TDC和ADC靜態(tài)的輸入到輸出都是一個量化的過程，一個將連續(xù)變化的模擬輸入量量化為離散變化的數(shù)字輸出量的過程，二者的不同點在于，ADC在測量時是對模擬的電壓（或電流）信號進(jìn)行量化，并且ADC的參考電壓Vref通常是由外部提供的，是已知的，相應(yīng)的量化電壓VLSB可以通過參考電壓進(jìn)行求解[19-20]，而TDC是對連續(xù)的時間信號進(jìn)行量化，在TDC中，參考時間間隔Tref是未知量，量化時間間隔TLSB卻是已知量[1]。圖2.1(a)TDC輸入輸出特性曲線；(b)ADC輸入輸出特性曲線TDC用于對兩個異步信號之間的時間間隔進(jìn)行測量，這兩個異步信號一般

第2章TDC的原理和方法7定義為START和STOP信號，基本測量原理如圖2.2所示。圖2.2TDC測時原理其中Tin為待測量的時間間隔，TLSB為TDC的量化時間間隔，當(dāng)START信號到來時，TDC經(jīng)觸發(fā)開始工作，通過測量待測時間間隔中所包含的量化時間間隔LSB的數(shù)量，從而計算所測時間間隔的大小，圖2.2中Tmeas即為所測得的時間間隔，因為TDC的精度受量化時間間隔的影響，所以在測量過程中勢必會產(chǎn)生剩余誤差[21]，圖中Terr即為所測時間間隔與實際待測時間間隔之間的誤差，該剩余誤差的范圍為0TTLSBerr。因為Tmeas是經(jīng)由測得的LSB的數(shù)量計算而得，所以為量化時間間隔TLSB的整數(shù)倍，則實際待測時間間隔Tin滿足如下關(guān)系，SBerrmeasinerrLTTNTTT··························（2.1）其中，N為所測得的LSB的數(shù)量。2.2TDC的實現(xiàn)方法實現(xiàn)TDC的方法有很多種，TDC從實現(xiàn)途徑考慮，可以分為FPGA（FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列）和ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，專用集成電路）兩大類。其中用ASIC方式實現(xiàn)的TDC可以分為模擬TDC和數(shù)字TDC兩大類，其中常見的單一模式型的數(shù)字TDC又包括計數(shù)器型TDC、延時鏈型TDC、游標(biāo)型TDC等。本論文提出的TDC是基于ASIC方式實現(xiàn)的TDC，在本節(jié)中，將介紹一些這類TDC基本的設(shè)計方法。


本文編號：3433804